Comunicación vía microondas
Un enlace vía microondas consiste en tres componentes fundamentales: el transmisor, el receptor y el canal aéreo. El transmisor es el responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, el canal aéreo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal digital.
Factores limitantes:
· La distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, que debe estar libre de obstáculos.
· El camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima sobre los obstáculos en la vía, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas.
Dispositivos
La ingeniería de microondas/milimétricas tiene que ver con todos aquellos dispositivos, componentes y sistemas que trabajen en el rango de frecuencias de 300 MHz a 300 GHz. Debido a tan amplio margen de frecuencias, tales componentes encuentran aplicación en diversos sistemas de comunicación. Un ejemplo sería los sistemas de comunicación por satélite, los sistemas de radar y los sistemas de comunicaciones móviles.
La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada por el uso de repetidoras, las cuales amplifican y re direccionan la señal.
La señal de microondas transmitidas es distorsionada y atenuada mientras viaja desde el transmisor hasta el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas por una pérdida de poder dependiente a la distancia, reflexión y refracción debido a obstáculos y superficies reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.
La siguiente es una lista de frecuencias utilizadas por los sistemas de microondas:
· 2.110/2.130 GHz
· 1.850/1.990 GHz
· 2.160/2.180 GHz
· 2.130/2.150 GHz
· 3.700/4.200 GHz
· 2.180/2.200 GHz
· 5.925/6.425 GHz
· 2.500/2.690 GHz
· 10.7/11.700 GHz
· 6.575/6.875 GHz
· 12.2/12.700 GHz
Ventajas
· Las antenas pequeñas son muy efectivas
· A estas frecuencias las ondas de radio se comportan como ondas de luz, por ello la señal puede ser enfocada utilizando antenas parabólicas y antenas de embudo, además pueden ser reflejadas con reflectores pasivos.
· El ancho de banda va de 2 a 24 GHz
Desventajas
Las frecuencias son susceptibles a un fenómeno llamado Multipath Fanding, lo que causa disminución en el poder de las señales recibidas.
Enlaces terrestres por microondas
Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles es decir, puntos altos de la topografía.
Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para funcionamiento correcto es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la propagación en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas de la región.
Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografía del terreno, así como la altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.
Antes de hacer mediciones en el terreno puede ser necesario estudiar los planos topográficos de la zona.
Confiabilidad
Se utiliza un 99.98% de confiabilidad general en un sistema patrón de 6000 Km. de longitud, lo que equivale a permitir solo un máximo de 25 segundos de interrupción del año por cada enlace.
Comunicación por radiofrecuencia
Las ondas de radiofrecuencia (RF) se generan cuando una corriente alterna pasa a través de un conductor. Las ondas se caracterizan por sus frecuencias y longitudes. La frecuencia se mide en hercios (o ciclos por segundo) y la longitud de onda se mide en metros (o centímetros).
Las ondas de radio son ondas electromagnéticas y viajan a la velocidad de la luz en el espacio libre.
La ecuación que une a la frecuencia y la longitud de onda es la siguiente: velocidad de la luz (c) = frecuencia x longitud de onda.
Se observa partir de la ecuación que, cuando la frecuencia de RF se incrementa, su longitud de onda disminuye.
La tecnología RFID utiliza cuatro bandas de frecuencia: baja, alta, muy alta y microondas. La baja frecuencia utiliza la banda de 120-140 kilo hertzios. La alta frecuencia utiliza la tecnología RFID en 13,56 MHz. En ultra alta frecuencia RFID utiliza la gama de frecuencias de 860 a 960 mega hertz. La RFID de microondas en general utiliza las frecuencias de 2,45 Giga Hertz y superiores. Para las cuatro bandas de frecuencia utilizadas en RFID, las frecuencias de microondas tienen la menor longitud de onda.
Clasificación
La radiofrecuencia se puede dividir en las siguientes bandas del espectro:
Nombre de frecuencia
|
Frecuencia en inglés
|
Abreviatura
inglesa |
Banda
UIT |
Frecuencias
|
Longitud de onda
|
-
|
-
|
-
|
-
|
<3 Hz
|
>100.000 km
|
Frecuencia extremadamente baja
|
Extremely Low Frequency
|
ELF
|
1
|
3-30 Hz
|
100.000–10.000 km
|
Super baja frecuencia
|
Super Low Frequency
|
SLF
|
2
|
30-300 Hz
|
10.000–1.000 km
|
Ultra baja frecuencia
|
Ultra Low Frequency
|
ULF
|
3
|
300–3.000 Hz
|
1.000–100 km
|
Muy baja frecuencia
|
Very Low Frequency
|
VLF
|
4
|
3–30 kHz
|
100–10 km
|
Baja frecuencia
|
Low Frequency
|
LF
|
5
|
30–300 kHz
|
10–1 km
|
Media frecuencia
|
Medium Frequency
|
MF
|
6
|
300–3.000 kHz
|
1 km – 100 m
|
Alta Frecuencia
|
High Frequency
|
HF
|
9
|
3–30 MHz
|
100 m – 10 m
|
Muy alta frecuencia
|
Very High Frequency
|
VHF
|
11
|
30-300 MHz
|
10–1 m
|
Ultra alta frecuencia
|
Ultra High Frequency
|
UHF
|
10
|
300-3000 MHz
|
1 m–100 mm
|
Super alta frecuencia
|
Super High Frequency
|
SHF
|
11
|
3-30 GHz
|
100–10 mm
|
Frecuencia extremadamente alta
|
Extremely High Frequency
|
EHF
|
11
|
30-300 GHz
|
10–1 mm
|
Usos
Radiocomunicaciones
Las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía móvil están incluidas en esta clase de emisiones de radiofrecuencia. Otros usos son audio, vídeo, radionavegación, servicios de emergencia y transmisión de datos por radio digital; tanto en el ámbito civil como militar. También son usadas por los radioaficionados.
Radioastronomía
Muchos de los objetos astronómicos emiten en radiofrecuencia. En algunos casos en rangos anchos y en otros casos centrados en una frecuencia que se corresponde con una línea espectral, por ejemplo:
· Línea de HI o hidrógeno atómico. Centrada en 1,4204058 GHz.
· Línea de CO (transición rotacional 1-0) asociada al hidrógeno molecular. Centrada en 115,271 GHz
Radar
El radar es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnéticas permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones. Entre sus ámbitos de aplicación se incluyen la meteorología, el control del tráfico aéreo y terrestre y gran variedad de usos militares.
Comunicación por satélite
Comunicación por Satélites. Un satélite es transportado a su órbita abordo de un cohete capaz de alcanzar la velocidad suficiente requerida para no verse influenciado por el campo gravitatorio terrestre.
Una vez conseguido esto, es virtualmente posible conseguir cualquier plano o altitud de la órbita mediante la utilización de modernos cohetes. El plano de la órbita se denomina inclinación.
Velocidad de la órbita
Un satélite puede permanecer en su órbita sólo si su velocidad es lo suficientemente mayor como para vencer la gravedad y menor que la requerida para escapar de la gravedad. La velocidad del satélite es pues como un compromiso entre esos dos factores pero ha de ser absolutamente precisa para la altitud elegida.
V=K/(sqrt(r+a)) Km/s
donde:
V=a velocidad de la órbita en kilómetros por segundo.
a=altitud de la órbita sobre la superficie de la tierra, en Km.
r=el radio medio de la tierra, aproximadamente 6371Km.
K=630
Aunque la tierra no es perfecta y su radio puede variar, vamos a tomar que posee un valor de 6371Km. La velocidad de un satélite con altitud de 200 Km necesitará una V=177Km/s.
La velocidad para un satélite con una altitud de 1075km será de V=7.3km/s (satélite TRANSIT).
Periodo de la órbita:
El periodo que posee un satélite viene dado por la siguiente fórmula:
P=K(r+a/r)3/2 minutos donde P=periodo de una órbita en minutos. a=altitud de la órbita sobre la superficie terrestre. r=radio medio de la tierra. K=84.49.
El periodo para un satélite cuya altitud es de 200 Km es: P=88.45 minutos.
Clasificaciones orbitales, espaciamiento y asignaciones de frecuencia
Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones:
Hiladores (spinners)
Satélites estabilizadores de tres ejes.
Los satélites spinners, utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad de giro. Con un estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que el subsistema interno proporciona una estabilización de giro.
Los satélites geosíncronos deben compartir espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco específico, en una órbita geoestacionaria, aproximadamente a 22,300 millas, arriba del Ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, casi o en la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro. Hay un límite realista del número de estructuras satelitales que pueden estar estacionadas, en un área específica en el espacio. La separación espacial requerida depende de las siguientes variables:
Ancho del haz y radiación del lóbulo lateral de la estación terrena y antenas del satélite.
Frecuencia de la portadora de RF.
Técnica de codificación o de modulación usada.
Límites aceptables de interferencia.
Potencia de la portadora de transmisión.
Generalmente, se requieren de 3 a 6o de separación espacial dependiendo de las variables establecidas anteriormente.
Las frecuencias de la portadora, más comunes, usadas para las comunicaciones por satélite, son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer número es la frecuencia de subida (ascendente) (estación terrena a transponder) y el segundo número es la frecuencia de bajada (descendente) (transponder a estación terrena). Diferentes frecuencias de subida y de bajada se usan para prevenir que ocurra repetición. Entre mas alta sea la frecuencia de la portadora, más pequeño es el diámetro requerido de la antena para una ganancia específica. La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda 6/4 GHz. Desafortunadamente, esta banda también se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres. Se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital para evitar interferencia de, o interferencia con enlaces de microondas establecidas.
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