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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Este capítulo se refiere a la sustentación teórica del proyecto comprende
los antecedentes de la investigación, el conjunto de bases teóricas, y el
sistema de variables.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.
Con el propósito de apoyar la fundamentación teórica de este estudio, se
hizo necesaria la realización de una exhaustiva revisión de diversos trabajos
que fundamentan las variables de estudio abordando el aporte de los
especialistas de la materia que tengan como referencia otros estudios
relacionados con la misma, entre ellos se encuentra el proyecto de:Delgado
(2011)realizó un trabajo especial de grado que llevó por título “Sistemas de
estaciones bases fundamentado en Tecnología Wimax para empresas de
telefonía móvil” presentado en la Universidad Rafael Belloso Chacín.
El propósito de dicha investigación fue,desarrollar sistema de estaciones
bases fundamentada en tecnología Wimax para empresas de telefonía móvil
para resolver los problemas de velocidad de transmisión y ancho de banda
de las estaciones bases, dicha investigación está fundamentada
teóricamentepor los textos de Tomasi (2003), Sendín (2004), Forouzan
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(2007), entre otros. La investigación se tipificó proyectiva, descriptiva, de
campo y documental, considerando la finalidad, el método y la forma de
recolectar los datos. Como técnicas de recolección de datos se usaron la
observación directa, entrevistas no estructuradas, revisión documental con
sus correspondientes instrumentos, la guía de entrevista, visita y
observación.
La metodología fue propuesta por Smith (2001) estructurada en cinco fases:
análisis de la situación actual, donde se realizaron las visitas respectivas a
las empresas que prestan servicio de telefonía móvil. Determinación de los
requerimientos técnicos operacionales y funcionales donde se efectuaron las
visitas a las empresas de telefonía móvil, entrevistas al personal
especializado en el área, y revisiones bibliográficas con el fin de obtener las
bases para el desarrollo del nuevo sistema.
Análisis y selección de la tecnología a utilizar de acuerdo a los parámetros y
reglamentos; en esta fase se analizaron los equipos existentes que trabajan
con esta tecnología donde se aplicaron consultas a expertos en el área de
telecomunicaciones y en tesis anteriores, entre otros. Diseño de la
arquitectura para la integración, en esta fase se analizaron datos estadísticos
y se aplicaron fórmulas, se simulo a través del programa Radio Mobile
arrojando efectividad en los enlaces.
Evaluación de la propuesta, como resultado se obtuvo el diseño de las
estaciones bases, para su aplicación se consultó a expertos en el área para
su implementación. Por lo tanto se recomienda aplicar dicha tecnología para
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atender la situación objeto de esta investigación.
El trabajo aportó información y datos importantes acerca de las estaciones
bases y como se puede resolver los problemas de la velocidad de
transmisión y el ancho de banda de dichas estaciones y además permite
estudiar el diseño de las estaciones bases.
Por otra parte se encontró el proyectodeFajardo (2010) titulado “Evaluación
de los modelos de propagación en redes celulares GSM del municipio
MaracaiboEstado Zulia, Parroquia Juana de Ávila”presentado en la
Universidad Rafael Belloso Chacín.
El propósito de dicha investigación fue, evaluar los modelos de propagación
en redes celulares GSM del Municipio Maracaibo Estado Zulia, Parroquia
Juana de Ávila, el cual se fundamentó teóricamente en los siguientes
autores: Savant (2000), Forouzan (2002), Tomasi (2003), Hayt (2006),
Sendín (2006); el tipo de investigación está definido como evaluativa según
su propósito, prospectiva de acuerdo al período de tiempo en que se
recolectó la información y descriptiva de carácter documental; las técnicas e
instrumentos de recolección de datos fueron la observación en su modalidad
directa, encuestas a expertos en el área, así como también un guión de
entrevista a uno de ellos.
La metodología se basó de acuerdo con la publicación de Sendín (2006), en
cuatro (4) fases; se aplicaron los instrumentos a la Parroquia Juana de Ávila
para así, realizar la discusión a partir de las bases teóricas y los objetivos
planteados, para luego llegar a las siguientes conclusiones: se comprobó que
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en la Parroquia Juana de Ávila se aplica actualmente el modelo de
propagación Okumura para zonas urbanas, debido a las características de
terreno que presenta ésta comunidad.
Existen equipos instalados para la arquitectura GSM de tres operadoras
de servicios de telecomunicaciones diferentes para servicios de telefonía
móvil las cuales son: Digitel en la banda de frecuencia de 900 MHz para
tecnología de segunda generación (2g), así mismo, Movilnet y Movistar, en la
banda de frecuencia de 850 MHz; y finalmente se recomienda por parte de
las compañías de telecomunicaciones estar a la vanguardia en cuanto los
equipos para la arquitectura de comunicación GSM para reducir las pérdidas
por trayectoria y propagación que se generan en el tráfico de información, así
como también, emplear periódicamente un método o modelo de propagación
en conjunto con software especializados para monitorear dichas pérdidas.
La investigación aportó conocimientos para la realización de este proyecto de
investigación, ya que, este implementa los modelos de propagación de
señales de transmisión con el propósito de estudiar los parámetros de
radiofrecuencias en los enlaces de comunicación móvil. Así mismo, evaluar
los modelos de propagación en las redes celulares GSM para reducir las
pérdidas por trayectoria y propagación que generan tráfico de información.
También se encuentra el trabajo de Barboza (2007) la investigación llevá por
título“Sistema de Comunicación de Voz y Datos para los Usuarios Móviles
basado en Wimax en la ciudad de Maracaibo”presentado en la Universidad
RafaelBellosoChacín.
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El propósito de dicha investigación fue, el desarrollo de un sistema de
comunicación basado en Wimax, para proporcionar servicios de voz y datos
a usuarios móviles con el fin de proveer una mejor calidad en los serviciosde
transporte urbano y extra - urbano. Para ello se tomó como base documentos
de los nuevos sistemas de comunicaciones inalámbricos y las diferentes
tecnologías de telecomunicaciones, para los cuales se consultó con
diferentes autores, entre ellos, SabehDib, n. (2006), Rey, E. Hernando, J.
yStallings, W. (1998), Aquino, N. (2006) y una gran variedad de páginas web
con información de última generación.
La investigación fue proyectiva, descriptiva y de campo, la metodología
empleada para el desarrollo de dicho sistema fue basada por el autor Smith
(2001), comprendida por los siguientes pasos: análisis de la situación actual,
establecimiento de requerimientos, análisis y selección de la tecnología a
utilizar de acuerdo a los parámetros y reglamentos, diseño de la arquitectura
para la integración y la propuesta. Las técnicas que se usaron para la
recolección de los datos fueron tres: la observación directa, la observación
documental y la entrevista.
Los resultados obtenidos indicaron, que es una necesidad la implantación de
un sistema de comunicación que solucione los problemas de cobertura, de
saturación en el canal, entre otros que presenta el sistema actual. Con la
realización de este trabajo de investigación se logró desarrollar un sistema de
comunicación de voz y datos, basado en la tecnología Wimax, para una
futura implantación que traerá beneficios tanto a la empresa como al público
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en general.
La investigación referida proporcionó conocimientos de cómo desarrollar un
sistema de comunicación basados en Wimax que permita recibir y enviar
voz/datos para los usuarios móviles y así poder lograr disminuir el tráfico en
el canal de transmisión.
Por último se tomó en cuenta un estudio previo realizado porChow, (2007) el
cual llevó por nombre“Análisis de Factibilidad para la Implantación de
Antenas Inteligentes con Aplicación UMTS en la Ciudad Maracaibo.”
Presentada en la universidad RafaelBellosoChacín.
El propósito de dicha investigación fue, analizar la factibilidad para la
implantación de antenas inteligentes con aplicación UMTS, las bases teóricas
se sustentaron en las teorías de los autores: Rinaldo (2002), Swanson
(2003), Sandin (2003), Casañas (2000), entre otros. Con relación a los
objetivos planteados, la investigación se catalogó como analítica con un
trabajo de campo descriptivo.
La metodología utilizada fue una selección de cinco fases de los autores:
Hurtado (2000) y Senn (2002), las cuales se tomaron en cuenta todas las
fases que son las siguientes: estudio preliminar, identificación de las
características de los componentes, determinación de la factibilidad, análisis
y selección de técnicas para antenas inteligentes, valoración del
comportamiento general del sistema. Para la recolección de los datos se
tomaron como fuentes primarias la entrevista a expertos; como fuente
secundaria la revisión de textos especializados en el tema de interés y como
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fuentes terciarias el uso de textos bibliográfico.
La investigación señalada presenta un importante aporte a la presente, ya
que brinda información sobre la implantación de las antenas inteligentes con
aplicación UMTS, el cual proporcionara las directrices que ayudaran a
encontrar una solución a algunos problema con las telecomunicaciones
inalámbricas, en la cual se van integrando una serie de plataformas en una y
que las antenas inteligentes tienen la habilidad de direccionar la señal
exclusivamente a los dispositivos móviles.
2. BASES TEÓRICAS A continuación se presenta un compendio donde se explica conceptualmente
toda la información teórica necesaria para la comprensión y realización del
presente trabajo de investigación, las cuales sustentan los objetivos.
2.1. PROPAGACIÓN DE ONDAS Según plantea Tomasi (2007, p.367), los sistemas de comunicaciónde
radio, las ondas se pueden propagar de varias formas, dependiendo del tipo
de sistema y el ambiente.
Por otra parte, hay tres formas de propagación de las ondas
electromagnéticas: ondas de tierra, ondas espaciales (que incluye tanto
ondas directas como ondas reflejadas en la tierra), y propagación de onda
del cielo.
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Figura 1:Modos normales de la propagación de ondas Fuente:Tomasi (2007).
Enla figura1 se muestran los modos normales de propagación entre dos
antenas de radio. Cada uno de estos modos existe en cada sistema de radio;
sin embargo, algunos son despreciables en cierto rango de frecuencias o
sobre un tipo de terreno en particular. En frecuencias por bajo de 1.5 MHz,
las ondas de tierra proporcionan la mejor cobertura. Esto se debe a que las
pérdidas de tierra se incrementan rápidamente con la frecuencia. Las ondas
del cielo se utilizan para aplicaciones de alta frecuencia, y las ondas
espaciales se utilizan para frecuencias muy altas y superiores.
2.2. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Según plantea Ulaby (2007, p.18), define las ondas electromagnéticas se
propagan por el espacio debido a que son producidas por las oscilaciones de
un campoeléctrico generado en relación con un campo magnético
asociado.
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2.3. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO El autor referido denomina espectro electromagnético a la distribución
energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto
se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la
radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe
(espectro de absorción) una sustancia.
Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una
huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios
que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas
sobre este, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de
radiación.
Por tanto, el espectro electromagnético se extiende desde la radiación de
menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos x, pasando por la
luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas
electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.
Se cree que el límite máximo seria el tamaño del universo, aunque
formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Figura 2:EspectroElectromagnético Fuente:Ulaby (2007)
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2.3.1. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS PLANAS EN MEDIOS CON
PÉRDIDAS Y SIN PÉRDIDAS.
Según Ulaby (2007) la propagación de ondas en un medio sin pérdidas
(dieléctrico perfecto, como el aire) es similar a aquella a través de una línea
de transmisión sin pérdidas.
En un medio con pérdidas caracterizado por una conductividad diferente de
cero, como el agua; una parte de potencia transportada por una onda
electromagnética se convierte en calor, exactamente como lo que sucede a
una onda que se propaga a través de una línea de transmisión con pérdidas.
Cuando una fuente (como una antena) emite energía, esta se expone hacia
fuera de la fuente en la forma de ondas esféricas. Aun cuando la antena
puede irradiar más energía a lo largo de algunas direcciones que a lo largo
de otras, las ondas esféricas viajan con la misma rapidez en todas las
direcciones y por lo tanto expanden a la misma tasa.
Para un observador alejado de la fuente, el frente de las ondas esféricas
aparece aproximadamente plano, como si fuera una parte de una onda plana
uniforme con propiedades uniforme en todos los puntos del plano tangente al
frente de ondas. La propagación de ondas planas puede describirse
mediante coordenadas cartesianas con las que es más fácil trabajar
matemáticamente que con las coordenadas esféricas requeridas para
describir la propagación de una onda esférica. Por consiguiente, aun cuando
en rigor una onda plana no existe se le utilizara para comprender desde el
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punto de vista físico la propagación de ondas en medios con y sin pérdidas.
2.4. POLARIZACION DE LAS ONDAS La polarización de una onda uniforme describe la forma y el lugar geométrico
de la punta del vector e (en el plano ortogonal a la dirección de propagación)
en un punto dado del espacio en función del tiempo. En el caso más general,
el lugar geométrico de e es una elipse y la onda se conoce como
elípticamente polarizada. En ciertas condiciones, la elipse puede degenerar
en un círculo en un segmento de una línea recta, en cuyo caso el estado de
polarización recibe el nombre de circular o lineal respectivamente, las cuales
se describirán a continuación:
2.4.1. POLARIZACION LINEAL
La polarización es lineal y la oscilación del plano perpendicular a la
dirección de propagación se produce a lo largo de una línea recta. Se puede
representar cada oscilación descomponiéndola en dos ejes X e Y.
La polarización lineal se produce cuando ambas componentes están en
fase (con un ángulo de desfase nulo, cuando ambas componentes alcanzan
sus máximos y mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un ángulo de
desfase de 180°, cuando cada una de las componentes alcanza sus
máximos a la vez que la otra alcanza sus mínimos) la relación entre las
amplitudes de ambas componentes determina la dirección de la oscilación,
que es la dirección de la polarización lineal.
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2.4.2. POLARIZACIÓN CIRCULAR En la polarización circular las dos componentes ortogonales tienen
exactamente la misma amplitud y están desfasadas exactamente 90°. En
este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su
amplitud máxima o mínima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen
esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90° adelantada o
retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o anti horario) en
el que gira el campo eléctrico depende de cuál de estas dos relaciones se dé.
En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la punta del
vector de campo eléctrico tiene la forma de una circunferencia, por lo que en
este caso se habla de polarización circular.
2.4.3. POLARIZACIÓN ELÍPTICA
Este tipo de polarización corresponde a cualquier otro caso diferente a los
anteriores, es decir, las dos componentes tienen distintas amplitudes y el
ángulo de desfase entre ellas es diferente a 0° y a 180° (no están en fase ni
en contrafase).
2.5. DENSIDAD DE POTENCIA ELECTROMAGNETICA De acuerdo a Ulaby (2007, p.311), es definida como la cantidad de energía
almacenada en una región del espacio que se puede atribuir a la presencia
de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las
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intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del
espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de
dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.
2.5.1. ESCALA DE DECIBELES PARA RAZONES DE POTENCIA
Tal como lo establece Ulaby (2007, p.314), la unidad de potencia p es el
watt (W), en muchos problemas de ingeniería, la cantidad de interés es la
razón entre dos niveles de potencia, P1 y P2. La escala de decibeles (dB) es
logarítmica por lo que constituye una representación conveniente de la razón
de potencia, sobre todo cuando los valores numéricos de p1/p2 se grafican
contra una variable de interés. Si G= P1/P2 entonces:
G (DB)= 10LOG G= 10LOG (P1/P2) DB (1)
2.6. CLASIFICACION DE LAS ONDAS SEGÚN SU FRECUENCIA A continuación se entrara en detalle con los diferentes rangos de frecuencia
utilizados en las telecomunicaciones, radio enlaces, comunicaciones
satelitales, microondas entre otros, para luego establecer en un cuadro de
distribución uniforme.
2.6.1. FRECUENCIAS EXTREMADAMENTE BAJAS Llamadas ELF (ExtremelyLowFrequencies), son aquellas que se encuentran
en el intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el
oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin
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embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación.
2.6.2. FRECUENCIAS SÚPER BAJAS/ ALTAS Denominadas SLF (Súper LowFrequencies), son aquellas que se encuentran
en el intervalo de 30 a 300Hz. En este rango se incluye las ondas
electromagnéticas de frecuencias equivalentes a los sonidos graves que
percibe el oído humano.
En cambio, las frecuencias súper altas definidasSHF (Súper High
Frequencies), son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas
para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además,
pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos
a muy corto enlace mediante UWB. También son utilizadas con fines
militares, por ejemplo en radares basados en UWB.
2.6.3. FRECUENCIAS ULTRA BAJAS/ALTAS Por otra parte también son llamadas ULF (Ultra LowFrequencies), son
aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a
la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana.
Por el contrario, las frecuencias ultra altas también conocidas como UHF
(Ultra High Frequencies), de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de
televisión de UHF, es decir,del 21 al 69 [según norma CCIR (estándar b+g
Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra,
en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.
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2.6.4. FRECUENCIAS MUY BAJAS/ALTAS Denominadas también VLF (VeryLowFrequencies), se pueden incluir aquí las
frecuencias de 3 a 30khz. El intervalo de VLF es usado típicamente en
comunicaciones gubernamentales y militares.
En cambio, las frecuencias muy altas definidas VHF (Very High
Frequencies), van de 30 a 300MHz. Es un rango popular usado para muchos
servicios, como la radio móvil comunicaciones marinas y aeronáuticas,
transmisión de radio FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2 al
12 [según norma CCIR (estándar b+g Europa)]. También hay varias bandas
de radioaficionados en este rango.
2.6.5. FRECUENCIAS BAJAS También llamadas LF (LowFrequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a
300 KHz los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este
rango están a la navegación aeronáutica y marina.
2.6.6. FRECUENCIAS MEDIAS Denominadas también NF (Médium Frequencies), están en el intervalo de
300 a 3000khz. Las ondas más importantes en este rango son las de radio
difusión de am (530 a 1605 KHz).
2.6.7. FRECUENCIAS ALTAS
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Definidas como HF (High Frequencies) son aquellas contenidas en el
rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce también como ¨onda corta¨. Es
en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radio
comunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y
militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil
también ocurren en esta parte del espectro.
2.6.8. FRECUENCIAS EXTREMADAMENTE ALTAS Denominadas EHF, (Extrematedly High Frequencies), se extienden de 30 a
300 GHz, los equipos usados para transmitir y recibir estas señales es más
complejo y costoso, por lo que no están muy difundidos aun.
Existen otras formas de clasificar las ondas de radio frecuencia. Como
ejemplo, cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son
llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango UHF y todo
el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas,
como múltiple dispositivos de transmisión de datos¸ radares y hornos
microondas.
2.7. ANTENAS Según Tomasi (2002, p.377), una antenas es un dispositivo recíproco pasivo;
pasivo en cuanto a que en realidad no puede amplificar una señal y recíproco
en cuanto a que las características de transmisión y recepción de una antena
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son idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación al elemento de la
antena se limitan a la modificación del parámetro de
transmisión. A continuación se resaltan los parámetros más importantes: 2.7.1. DIAGRAMA DE RADIACIÓN Según Cardama (2002, p.20),un diagrama de radiación es una
representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena, en
función de las distintas direcciones del espacio, a una distancia fija.
Normalmente se empleará un sistema de coordenadas esféricas. Con la
antena situada en el origen y manteniendo constante la distancia se
expresará el campo eléctrico en función de las variables angulares (?,f ).
Como el campo es una magnitud vectorial, habrá que determinar en cada
punto de la esfera de radio constante el valor de dos componentes
ortogonales, habitualmente según. Como el campo magnético se deriva
directamente del eléctrico, la representación podría realizarse a partir de
cualquiera de los dos, siendo norma habitual que los diagramas se refieran al
campo eléctrico.
La densidad de potencia es proporcional al cuadrado del módulo del campo
eléctrico, por lo que la representación gráfica de un diagrama de potencia
contiene la misma información que un diagrama de radiación de campo.
En determinadas circunstancias puede ser necesaria la representación
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gráfica de la fase de E (?, f ), además de la amplitud de las dos
componentes. Dicha representación se denomina el diagrama de fase de la
antena.
Al observar a gran distancia una antena, se vería su radiación como si
proviniera de un punto, es decir, los frentes de onda serían esféricos. A este
punto, centro de curvatura de las superficies de fase constante, se le
denomina el centro de fase de la antena.
El diagrama de radiación se puede representar en forma tridimensional
utilizando técnicas gráficas diversas, como las curvas de nivel o el dibujo en
perspectiva. La figura 3 muestra el diagrama tridimensional de una antena y
los planos E y H. Los niveles se expresan en decibelios respecto al máximo
de radiación.
Figura 3:Diagrama tridimensional de una antena
Fuente: Cardama (2002).
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Para antenas linealmente polarizadas se define el plano e como el que
forman la dirección de máxima radiación y el campo eléctrico en dicha
dirección. Análogamente, el plano h es el formado por la dirección de máxima
radiación y el campo magnético en dicha dirección. Ambos planos son
perpendiculares y su intersección determina una línea que define la dirección
de máxima radiación de la antena.
Si bien la información de la radiación es tridimensional, puede ser de interés,
y en muchos casos suficiente, representar un corte del diagrama. Los cortes
pueden hacerse de infinitas formas. Los más habituales son los que siguen
los meridianos en una hipotética esfera (cortes para f constante) o los
paralelos (cortes con q constante). La información de todos los cortes del
diagrama es excesiva, por lo que se recurre a representar dicha información
sólo en los planos principales.
Los cortes bidimensionales del diagrama de radiación se pueden representar
en coordenadas polares o cartesianas. En el primer caso el ángulo en el
diagrama polar representa la dirección del espacio, mientras que el radio
representa la intensidad del campo eléctrico o la densidad de potencia
radiada. En coordenadas cartesianas se representa el ángulo en abscisas y
el campo o la densidad de potencia en ordenadas.
La representación en coordenadas cartesianas permite observar los detalles
en antenas muy directivas, mientras que el diagrama polar suministra una
información más clara de la distribución de la potencia en las diferentes
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direcciones del espacio. Las figuras 4 y 5 muestran ejemplos de ambas
representaciones.
Figura 4:Diagrama de radiación encoordenadas polares
Fuente: Cardama (2002)
Figura 5: Diagrama de radiación encoordenadas cartesianas
Fuente: Cardama (2002)
El campose puede representar de forma absoluta o relativa,
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normalizando el valor máximo a la unidad. También es bastante habitual la
representación del diagrama con la escala en decibelios. El máximo del
diagrama de radiación es cero decibelios y en las restantes direcciones del
espacio los valores en dB son negativos. Es importante tener en cuenta que
los diagramas de campo y de potencia son idénticos cuando la escala está
en decibelios.
En un diagrama de radiación típico, como los mostrados en las figuras
anteriores, se aprecia una zona en la que la radiación es máxima, a la que se
denomina haz principal o lóbulo principal. Las zonas que rodean a los
máximos de menor amplitud se denominan lóbulos laterales y al lóbulo lateral
de mayor amplitud se denomina lóbulo secundario.
Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:
• El ancho de haz a -3 dB ?? ?? ? ? ? ) es la separación angular de las
direcciones en las que el diagrama de radiación de potencia toma el valor
mitad del máximo. En el diagrama de campo es la excursión angular entre las
direcciones en las que el valor máximo del campo ha caído a 0,707 el valor.
• El ancho de haz entre ceros ?? ??) es la separación angular de las
direcciones del espacio en las que el lóbulo principal toma un valor mínimo.
• La relación de lóbulo principal a secundario (NLPS)es el cociente,
expresado en dB, entre el valor del diagrama en la dirección de máxima
radiación y en la dirección del máximo del lóbulo secundario. Normalmente,
dicha relación se refiere al lóbulo secundario de mayor amplitud, que suele
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ser adyacente al lóbulo principal.
• La relación delante-atrás (D/A) es el cociente, también en dB, entre el
valor del diagrama en la dirección del máximo y el valor en la dirección
diametralmente opuesta.
Si un diagrama de radiación presenta simetría de revolución en torno a un eje
se dice que la antena es omnidireccional. Toda la información contenida en el
diagrama tridimensional puede representarse en un único corte que contenga
al eje.
2.7.2. CLASIFICACIÓN DE LAS ANTENAS
A continuación se presenta la clasificación detallada de las antenas.
2.7.2.1. POLARIZACIÓN Según Tomasi (2002, p.285), la polarización de una antena se refiere solo a
la orientación del campo eléctrico radiado desde esta. Una antena puede
polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontal y
verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran
dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular.
Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la
antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda
electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena esta
polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico radiado gira en un patrón
elíptico, esta polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un
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patrón circular, esta polarizada circularmente y así respectivamente
dependiendo en el sentido que se encuentre polarizada.
2.7.2.2. ANCHO DE BANDA Según Couch (1997, P.101)el ancho de banda es el ancho de una banda de
frecuencia positiva (se está describiendo el ancho de banda de señales
reales o el ancho de banda de un filtro físico que responde a impulsos reales;
por tanto, los espectros de magnitud de estas formas de onda son pares con
respecto al origen f=0). En otros términos, el ancho de banda seria f2 - f1,
donde f2 > f1= 0 y f2 y f1 quedan determinadas por la definición particular.
(A) ANCHO DE BANDA ABSOLUTO Es f2 – f1, donde el espectro es cero fuera del intervalo f1 < f < f2 a lo
largo del eje de frecuencia positiva.
(B) ANCHO DE BANDA DE 3 dB
También conocido como ancho de banda de media potencia) es f2 – f1,
donde a frecuencias dentro de la banda f1 < f < f2, los espectros de
magnitud, es decir ¦ H (f)¦ , se reducen no menos de 1/ veces el valor
máximo de ¦ H (f)¦ , y el valor máximo se reduce a una frecuencia.
(C) ANCHO DE BANDA DE RUIDO EQUIVALENTE Es el ancho de un espectro rectangular ficticio de tal modo que la potencia
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en esa banda rectangular es igual a la potencia asociada con el espectro real
a frecuencias positivas. (D) ANCHO DE BANDA NULO A NULO
El ancho de banda nulo a nulo (o ancho de banda de cruce cero) es f2 – f1,
donde f2 es el primer nulo en la envolvente del espectro de magnitud por
encima de f0 y, en sistemas pasabanda, f1 es el primer nulo en la envolvente
por debajo de f0, donde f0 es la frecuencia y el espectro de magnitud alcanza
su valor máximo. En sistemas de bandabase por lo general f1 es cero.
(E) ANCHO DE BANDA DEL ESPECTRO ACOTADO Es f2 – f1 de tal modo que fuera de la banda f1 < f < f2, la PSD, la cual es
proporcional a ¦ H (f)¦ ², debe menguar por lo menos una cantidad, ejemplo
de 50 dB, por debajo del valor máximo de la densidad espectral de potencia.
(F) ANCHO DE BANDA DE POTENCIA
Por otra parte, el ancho de banda de potencia, se puede definir como f2 – f1,
donde f1 < f < f2 define la banda de frecuencia en la cual reside el 99% de la
potencia total.
Esta es similar a la definición de FCC de ancho de banda ocupada, la que
establece que la potencia por encima del borde superior de la banda f2 es de
½% y por debajo del borde inferior de ½%, lo que deja 99% de la potencia
total dentro de la banda ocupada.
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(G) ANCHO DE BANDA DE FCC
Es un parámetro de ancho de banda autorizado asignado por la FCC para
especificar el espectro permitido en los sistemas de comunicación. Cuando
se sustituye el parámetro de ancho de banda FCC en la formula FCC, se
obtiene la atenuación mínima para el nivel de potencia permitido en una
banda de 4 KHz en el borde de está con respecto a la potencia de la señal
promedio total.
2.7.2.3. DIRECTIVIDAD Alrespecto paraCardama (2002, p.22) la directividad D de una antena se
define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una
dirección, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa
misma distancia una antena isótropa que radiase la misma potencia que la
antena. �?? ?? )= ? ?? ?? ?? ? �?? ? ? ? ?(2)
Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la directividad
se refiere a la dirección de máxima radiación � ? � ? ? ??? ? ?? ? ? ? ?? (3)
Undipoloeléctricamentepequeñotieneundiagramaderadiación
? (? ?? ) = Pmáxsen2? (4)
36
Lapotenciatotalradiadasecalcularaintegrandoladensidaddepotencia
entodaslasdireccionesdelespacio �������? ? �? ? ? ??�??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??�? ? ?? ??? ? (5)
Sustituyendo este valor en la definición de la directividad se obtiene D = 3/2.
Ladirectividadsepuedeobtener, engeneral,
apartirdelconocimientodeldiagramaderadiacióndelaantena .
Sisedefineeldiagramanormalizadomediante �?? ?? ? ? �? ?? ?? ?? ? ?? ? �? �?? ?? ?? ? ?? (6)
La expresión de la directividad puede escribirse en la forma, donde ? e se
define como el ángulo solido equivalente � ? � ? ?? ? �?? ?? ?? ?? ? ? �? ?? ? (7)
2.7.2.4. GANANCIA Por otra parte, la ganancia de la antena está directamente relacionada con la
directividad. Su definición es semejante, pero la comparación no se establece
con la potencia radiada, sino con la entregada a la antena. Ello permite tener
en cuenta las posibles pérdidas en la antena, ya que entonces no toda la
potencia entregada es radiada al espacio. La ganancia y la directividad están
relacionadas, en consecuencia, por la eficiencia de la antena. ?? ?? ? ? � ? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? � ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ��? �?? ?? ?(8)
37
�? ? ? ? ? ? ? ? ��? �? (9) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? �? ? ? ? ? ? ? ? ? �? ? ? ? ? ? ? ? ? ? �?? ? ? ? ?? ? ? (10)
2.7.2.5. EFICIENCIA La existencia de perdidas en la antena hace que no toda la potencia
entregada por el transmisor sea radiada, por lo que se puede definir un
rendimiento o eficiencia de la antena n1, mediante la relación entre la
potencia radiada o entregada, o equivalentemente entre la resistencia de
entrada de esa antena, si hubiera sido ideal (sin perdidas), y la que presenta
realmente. �? ? � ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? � ? ?? ? ? �? ? (11)
2.7.2.6. IMPEDANCIA DE ENTRADA
Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la
tensión y la corriente de entrada. ��? �?? (12)
La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se
denomina resistencia de antena y la parte imaginaria es la reactancia. La
resistencia de la antena es la suma de la resistencia de radiación y la
resistencia de perdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se
anula su reactancia de entrada.
38
2.7.2.7. ANCHURA DE HAZ
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede
definir el ancho de haz a -3db, que es el intervalo angular en que la densidad
de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección
principal de radiación).
También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo
angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros
adyacentes al máximo.
2.7.2.8. RELACIÓN DELANTE/ATRÁS
Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia
radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección
opuesta a esta.
Cuando esta relación es reflejada en una gráfica con escala en dB, el ratio f/b
(front/back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el
nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando
la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que se va a
utilizar.
Esta relación, además se puede ver desde otro punto de vista, indicando lo
buena que es la antena en el rechazo de las señales provenientes de la parte
trasera. Rara vez es verdaderamente importante ya que las interferencias por
la parte trasera no ocurren habitualmente pero puede suceder.
39
La relación f/b no es un número muy útil, ya que a menudo varía
enormemente de un canal a otro. Por supuesto, si se tiene el patrón de
radiación, entonces no se necesita la relación f/b .
2.7.3. TIPOS DE ANTENAS 2.7.3.1 ANTENAS DE HILO
(A) MONOPOLO VERTICAL
SegúnPérez (2007, p.366),
elmonopoloconsisteenunconductorverticalsobreunplanoconductoroplanodetie
rra. Enunmonopolode?/4, equivaleaundipolode?/2,
lasdistribucionesdecorrienteyvoltajesoncomolasmostradasenlasiguientefigura.
Lacorrienteesmáximaenelpuntodealimentaciónyceroenelextremo,
entantoqueladistribucióndevoltajeesinversa.
Figura 6: Monopolo
Fuente: Pérez (2007)
Losmonopolosseutilizanextensamenteenlossistemasdecomunicaciones,
afrecuenciasdesdeunos 300 KHzhastamásde 1
40
GHzyconstituyeneltipodeantenautilizadauniversalmenteenlosserviciosderadio
difusiónsonorade AM de 540 a 1650 KHz,
enquesuestructuraesunatorreverticalhastademásde 100m,
dependiendodelafrecuencia.
(B) DIPOLO DOBLADO
En el dipolo simple la impedancia se altera con la proximidad de objetos
conductores cercanos que actúan como parásitos, lo que afecta el
acoplamiento de la antena con la línea de transmisión, aumentando las
pérdidas. Por parte, el ancho de banda del dipolo simple suele ser pequeño,
haciéndolo poco adecuado para aplicaciones de banda ancha. Una variante
del dipolo es el dipolo doblado (figura 7) que tiene un ancho de banda mayor
que el dipolo simple. El dipolo doblado está constituido x un dipolo simple y
otro conductor de la misma longitud que aquel, conectados en los extremos.
Por lo general el dipolo doblado se construye de una sola pieza de varilla o
tubo de cobre.
Figura 7: Dipolodoblado
Fuente:Pérez (2007)
Portanto, silosradios delosconductoressoniguales,
41
laimpedanciadeldipolodobladoesdecuatrovecesladeldipolosimpley,
paraundipolodobladode?/4; laimpedanciaesdeaproximadamente 300? .
Aligualqueeldipolosimpledebedealimentarsedeunalíneadetransmisiónbalance
ada.
EstetipodedipolosseutilizanextensamenteensistemasdecomunicacionesenVH
FyUHF, principalmenteconpolarizaciónvertical.
(C) ANTENA YAGI
LaantenaYagi, omáspropiamenteYagi-
UdaseutilizaextensamenteenlossistemasdecomunicacionesenlasbandasdeHF
, VHF yUHF. LaantenaYagi, consistedeunelementoexcitado,
quesueleserundipolooundipolodoblado,
unreflectoryvarioselementosparásitosodirectores,
situadosfrentealelementoexcitado, comosepresentaenlasiguientefigura.
Figura 8: Antena Yagi Fuente: Pérez (2007)
42
LaantenaYagiradiadeformasemejantealdipoloconreflector,
perosugananciaesmayor, dependiendodelnúmerodeelementos.
Lagananciadeestaantenaenladireccióndemáximaradiaciónesde 7,28 dBi,
conlóbulossecundariostraserosa 120° y 240°. Larelaciónfrenteatrása 180°
esdealrededorde 35 dByde
24dbenlasdireccionesdemáximaradiacióndeloslóbulossecundarios.
(D) ANTENA DE ESPIRA
Lasantenasdelazoodeespiraconsistenenunaoenvariasespirascircularesocuadr
adascomosemuestraenlasiguientefigura.
Figura 9: Antenadeespira Fuente:Pérez (2007)
Estetipodeantenaseusaextensamentedesdefrecuenciadelordende 10
MHzhastavariosGHz,
eltipomásfrecuentementeempleadoeseldeespiracircular,
sibientambiénseempleanlascuadradasyrectangulares,
43
lasantenasdelazoseclasificaneneléctricamentepequeñas,
sisuradioesmenorde?/3
yeléctricamentegrandessielradioesdelordenunalongituddeondaomayor.
Lasantenaspequeñastienenbajaeficienciaderadiación,
peroseempleanmuchoenequiposportátilesdepequeñasdimensiones,
entreotros, loscontrolesparaabrirocerrarpuertasadistancia,
ensistemasdecomunicacioneseninterioresycomosondasenequiposdemedición
.
2.7.3.2 ANTENAS DE CORNETE Según Forouzan (2007, p.200)la antena de cornete tiene similitud a una
cuchara gigante. Las transmisiones de salida son radiadas hacia arriba por
un mástil y reflexionadas hacia fuera en una serie de estrechos haces
paralelos mediante la cabeza curvada.
Figura 10: Antena Cornete Fuente: Sincables (2011)
44
2.7.3.3 ANTENAS PLANAS SegúnRuiz (1999,p, 24),
lasantenasplanassefabricanagrupandopequeñasantenaselementales
(dipolos) enconfiguraciónarray.
Estasantenasseconectandeformaquesesumanlasseñalesindividualesparaobte
nerelmáximorendimiento , quepuedealcanzarel 80%. Lagananciaesdeunos 30
dB.
Unaparticularidaddeestaantenaesladellevarelconversorincorporado,
resultandoasímáscompactasyportantoocupandounespaciomuchísimomenor.
Otraventajadelasantenasplanasesqueposeenunmayoránguloderadiaciónquel
asantenasparabólicas, loquefacilitasuorientaciónhaciaelsatélite ,
peroasuvezsuponeunaatenuaciónmenordeloslóbulossecundariosyenconsecu
encia, unmayorriesgodeinterferenciaentresatélites.
2.7.3.4 ANTENAS PARABOLICAS Según Forouzan (2007, p.200) las antenas parabólicas se basan en la
geometría de una parábola, es decir cada línea paralela a la línea de simetría
refleja la curva en ángulos tales que intersecan en un punto común
denominado foco. El plato parabólico funciona como un embudo, capturando
un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común.
45
Figura 11: Antena Parabólica Fuente:Sincables (2011)
2.7.4 AREA EFECTIVA DE UNA ANTENA RECEPTORA Eláreaefectivasedefinecomolarelaciónentrelapotenciarecibidayladensidaddep
otenciaincidenteenunaantena. Laantenadebeestaradaptadaalacarga.,
deformaquelapotenciatransferidasealamáxima.
Laondarecibidadebeestaradaptadaenpolarizaciónalaantena. �? ? ? �? ?? ? (13)
La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la
relación entre la tensión inducida en una antena en circuito abierto y el
campo incidente en la misma. ��������������������������������������������������������������? ? �? �? ?? ? (14)
2.7.5 OPTIMIZACION DE LAS GANANCIAS EN ANTENAS DE GRAN
TAMAÑO
La simetría del diagrama de radiación de las antenas es de gran importancia
46
por dos razones. El spillover del reflector no puede mantenerse bajo a menos
que el alimentador radie con un diagrama circularmente simétrico
(asumiendo un alimentador circular). Si se consiguen reducir estas pérdidas
por debajo del tres por ciento, la ganancia aumentara de manera significativa.
Cabe destacar que la simetría del diagrama de radiación es también útil en el
control de la polarización cruzada. En la mayoría de las grandes antenas de
estaciones terrenas, la señal puede ser transmitida y recibida a la misma
frecuencia con polarizaciones ortogonales con el consiguiente incremento de
la capacidad total del sistema. La antena debe mantener una separación de
ambas polarizaciones de al menos 27 dB, haciendo sumamente importante el
control del diagrama de polarización cruzada.
Para proporcionar un diagrama de radiación con la simetría antes
mencionada se han utilizado dos tipos de alimentadores. La
bocinamultimodoproporcionasimetríacirculardeldiagramaderadiaciónasumien
domodosdeguiaondaenlabocadelamisma,
paraobtenerunadistribucióndecampoenlaaperturaconsimetríacircular.
EstetipodebocinasumalosmodosTE11yTE31enguíascirculares,
perodichosmodosnosepropaganalamismavelocidad,
yportantosolollegaranalaaperturaconlasfasesrelativasapropiadasenunestrech
omargendefrecuencias (sobre 500 MHz),
loquehacequesudiseñosimultaneoalasfrecuenciasdetrabajode 6 y 4
GHzseadifícil.
47
2.7.6 TEMPERATURA DE RUIDO DE UNA ANTENA Los dos factores que más influyen en la temperatura de ruido del sistema son
la antena y el amplificador de bajo ruido (LNA). El cálculo de la temperatura
de ruido de la antena bajo las condiciones de operación es una parte
esencial del diseño de estos sistemas, e implica la adición de las diferentes
fuentes de ruido existentes tales como ruido térmico o la contribución del
cielo. Este último no es un factor constate, si no que depende del ángulo de
elevación y de las condiciones atmosféricas, y por tanto su cálculoha de
realizarse a un determinado valor de dicho ángulo y suponiendo cielo
despejado, de manera que la temperatura de ruido se corregirá cuando la
atenuaciónatmosférica sea mayor debido a causas climatológicas tales como
la lluvia.
Para calcular la contribución del ruido celeste a la temperatura de ruido de la
antena con suficiente precisióntendría que convolucionar el diagrama de
ganancia bidimensional de la antena con la distribución del ruido del cielo en
el hemisferio superior y con la distribución del ruido de la tierra en el
hemisferio inferior, lo que no es en la práctica posible.
2.8 TRANSMISION DE DATOS La transmisión de datos es el intercambio de datos (en forma de ceros y
unos) entre dos dispositivos a través de alguna forma de medio de
transmisión (como cable ). La transmisión de datos se considera local si los
48
dispositivos de comunicaciónestán en el mismo edificio o en un área
geográfica restringida y se considera remota si los dispositivos están
separados por una distancia considerable, Forouzan (2002 p.20).
2.8.3 MODOS DE TRANSMISION Según Tomasi (2002, p.9) los sistemas de comunicaciones electrónicas
pueden diseñarse para manejar la transmisión solamente en una dirección,
en ambas direcciones pero solo uno a la vez, o en ambas direcciones al
mismo tiempo. Existen cuatro modos de transmisión posibles: simplex, half-
duplex, full-duplex y full/full-duplex.
2.8.3.2 SIMPLEX En el modo simplex, las transmisiones pueden ocurrir en una sola dirección.
Los sistemas simplex son, algunas veces, llamados sistemas de un sentido,
solo para recibir o solo para transmitir. Una ubicación puede ser un
transmisor o un receptor, pero no ambos. Un ejemplo de la transmisión
simplex es la radiodifusión de la radio comercial o de televisión; la estación
de radio siempre transmite y el usuario siempre recibe.
49
Figura 12: Simplex Fuente:ITU (2011)
2.8.3.3 HALF-DÚPLEX En el modo half-duplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas
direcciones, pero no al mismo tiempo. A los sistemas half-duplex, algunas
veces se les llaman sistemas con alternativas de dos sentidos, cualquier
sentido, o cambio y fuera. Una ubicación puede ser un transmisor y un
receptor, pero no los dos al mismo tiempo. Los sistemas de radio de doble
sentido que utilizan los botones oprima para hablar (ptt), para operar sus
transmisores, como los radios de banda civil policiaca son ejemplos de la
transmisión half-duplex.
Figura 13:Half-dúplex
Fuente:ITU (2011).
50
2.8.3.4 FULL-DÚPLEX En el modo full-dúplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas
direcciones al mismo tiempo. A los sistemas de full-dúplex algunas veces se
les llama líneas simultaneas de doble sentido, dúplex o de ambos sentidos.
Una ubicación puede transmitir y recibir simultáneamente; sin embargo, la
estación a la que está transmitiendo también debe ser la estación de la cual
está recibiendo. Un sistema telefónico estándar es un ejemplo de una
transmisión full-dúplex.
Figura 14: Full-dúplex
Fuente:ITU (2011) 2.8.3.5 FULL/FULL-DÚPLEX
En modo full/full-dúplex, es posible transmitir y recibir en forma simultánea,
pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir, una
estación puede transmitir a una segunda estación, y recibir al mismo tiempo
de una tercera estación). Las transmisiones full/full-duplex se usan
exclusivamente en circuitos de comunicaciones de datos. El servicio postal
de estados unidos es un ejemplo del funcionamiento en full/full-duplex.
51
2.8.4 ATENUACIÓN
La atenuación es la pérdida de energía. Cuando una señal, simple o
compleja, viaja a través de un medio, pierde algo de su energía para vencer
la resistencia del medio.
Esta es la razón por la cual los cables llevan señales eléctricas se calientan,
si no arden, después de cierto tiempo. Parte de la energía eléctrica de la
señal se convierte en calor. Para compensar esta pérdida, se usan
amplificadores para amplificar la señal.
2.8.5 RELACION SEÑAL Y RUIDO
La relación señal a ruido, designada como S/N o SNR, expresa la magnitud
de una señal respecto al ruido en un sistema, es decir:
?�? ? �? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? ? ? ? �? ? �? ? f ? ?? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? ? ? ? �? ? �? ? ? ? ? (15)
y en dB,
(S/N) dB = Wseñal (dBm O dBm) – Wruido (dBm O dBw) DB (16)
2.9. CABLES La inmensa mayoría de las redes en la actualidad están conectadas por
algún tipo de malla o cableado, que actúa como el medio de transmisión en
la red, transportando la señal entre los ordenadores. Hay una gran variedad
de cables que pueden cubrir las necesidades y los distintos tamaños de las
redes, desde pequeñas a grandes.
52
2.9.1. TIPOS DE CABLES A continuación se presenta una breve descripción de los todos tipos de
cables que se relacionan con la investigación en curso, lo cuales podrían ser
útiles.
2.9.1.1. COAXIAL Según Pérez (2007, p.33), estos cables tienen anchos de banda
considerablemente mayoresque las líneas de pares, hasta del orden de 1
GHz, como es el caso de las líneasutilizadas en los sistemas de televisión
por cable.
Un cable coaxial es cilíndrico,con un conductor en el centro, rodeado por un
conductor externo y separados porun dieléctrico que puede ser sólido, de
aire, u otro gas, como se ilustra en la figura 15.
Figura 15: Cables coaxiales con dieléctrico solido
Fuente:Pérez (2007)
En banda base, una línea de pares sólo puede transportar una señal o canal
53
de voz.Sin embargo, mediante técnicas de multiplexado, esposible
transportar por una de estas líneas hasta 12 o 24 canales. En cables
coaxiales, esta capacidad aumenta hasta más de 1200 canales telefónicos,
cada uno de 3.4 KHz de ancho de banda, o hasta unos 50 o más canales de
televisión analógica de 8 MHz de ancho de banda cada uno.
2.9.1.2. FIBRA ÓPTICA Este tipo de cable está compuesto de plástico o de cristal y transmite las
señales en formas de luz. Este posee un ancho de banda mayor al cable
coaxial, dándole la capacidad de manejar mayores tasas de transmisión de
datos. Este mayor ancho de banda permite multiplexar mas señales. Las
fibras ópticas pueden construirse con menor pérdida que los cables de
cobre, incrementando la distancia permisible entre repetidores, y el cable en
si puede ser menos costoso.
Figura 16: Construcción de la fibra óptica
Fuente: Forouzan (2002).
2.9.1.3. PAR TRENZADO
54
Es el tipo más frecuente de medios de comunicación que se usa
actualmente. Aunque es el más familiar por su uso en los sistemas
telefónicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tanto datos
como voz. Un par trenzado está formado por dos conductores
(habitualmente de cobre), cada uno con su aislamiento de plástico de color.
El aislamiento de plástico tiene un color asignado a cada banda para su
identificación.El par trenzado tiene un rango de frecuencia desde 100 Hz
hasta 5 MHz
Figura 17: Cable de par trenzado
Fuente: Forouzan (2002) 2.9.2. GUÍA DE ONDA Según Tomasi (2002, p.409) es un tubo conductor hueco, por lo general de
corte transversal rectangular, pero a veces circular o elíptico. Las
dimensiones de la sección transversal se establece de tal manera que se
puedan propagar las ondas electromagnéticas por el interior de la guía (de
aquí el nombre de guía de onda). Una guía de onda no conduce la corriente
en sentido estricto, sino más bien sirve como una frontera para confirmar la
energía electromagnética.
55
2.10. RECOMENDACIÓN UIT – R M1040 (TFTS) Este sistema permite una utilización eficaz del espectro de frecuencias,
proporciona una cobertura completa de la zona de servicio basada en la red
celular, facilita la máxima continuidad en la llamada y ofrece acceso, al
menos, a cuatro circuitos vocales, de datos o de facsímil desde cada
terminal de aeronave, manteniendo al mínimo el peso, la potencia y la
generación de calos de los equipos a bordo, IUT (2011).
2.10.1 SERVICIOS 2.10.1.1. CONSIDERACIONES GENERALES El TFTS proporciona los siguientes tipos de comunicaciones:
• Telefonía aire-tierra, incluidos los procedimientos de señalización por
doble tono de multifrecuencia.
• Facsímil, datos y radiobúsqueda.
• Servicios adicionales, tales como llamadas tierra-aire mediante
radiobúsqueda.
Los servicios no vocales pueden funcionar con velocidades de
transmisión de datos de usuarios de hasta 4,8 Kbit/s.El TFTS permite a los
pasajeros de a bordo establecer comunicaciones durante todas las fases del
vuelo (siempre que la red en tierra asegure la cobertura).La tarificación se
efectuara a través de tarjetas de crédito .
56
2.10.1.2. ACCESO El sistema proporciona comunicaciones digitales, automáticas, dúplex y de
alta calidad con acceso pormarcación directa a las redes públicas de datos o
telefónicas existentes, incluida la red digital de servicios integrados(RDSI).
No impone más limitaciones al destino de la llamada que las que establecen
las redes fijas.
El procedimiento de marcación es el mismo que para la marcación directa
internacional (RecomendaciónUIT-T E.164), es decir, comenzando por el
indicativo de país.
El diseño del sistema asegura que no es necesario introducir modificación
alguna en las RTPC/RDSInacionales (es decir, la red pública a partir de la
terminación de la estación en tierra).
El sistema utiliza la misma interfaz radioeléctrica aire-superficie en toda la
zona de cobertura. La selección dela estación en tierra que va a utilizar una
aeronave determinada se basa en criterios de eficacia del sistema y no en
lautilización preferencial de una estación en tierra.
El sistema proporciona la capacidad de traspaso entre estaciones en tierra
de todo tipo.
2.10.2. DESCRIPCION TÉCNICA En el siguiente cuadro se presenta un resumen de los principales
parámetros técnicos del TFTS.
57
CUADRO N° 1
PARÁMETROS PRINCIPALES DEL TFTS
1. 1.1
1.2
Frecuencia
Banda de transmisiónde la estaciónen tierra
Banda de transmisiónde la estacióna bordo de aeronave
1 670 – 1 675 MHz
1 800 – 1 805 MHz
2. 2.1
2.2
2.3 2.4 2.5
Canalización
Canal n transmitido por la estaciónen tierra
Canal n transmitido por la estacióna bordo de aeronaves
Númerosde canales (n = 1 a 164)
Anchura del canal Tolerancia de frecuencia
1 670 + n/33 MHz 1 800 + n/33MHz
30,30 KHz
2 partes en 107
3.
3.1
3.2
3.3
Estación en tierra en ruta (ejemplo típico)
Separaciónentre estaciones en tierras adyacentes
Cobertura de una estación
Criterio de distancia para el traspaso
380 Km 125 000 Km2
240 Km
CUADRO N° 1 (Cont…)
4.
4.1 4.2 4.3
Alturas de funcionamiento Estaciones en ruta Estaciones intermedias Estaciones en aeropuertos
4,5 a 13 Km (15 000 a 43 000 pies) 0 A 4,5 Km (0 a 15 000 pies) 0 Km
5.
5.1 5.2
Codificaciónde la señal vocal Velocidad del códec de salida Duraciónde la trama del códec
9,6 Kbit/s 20 ms
6.
6.1 6.2
Potencia de salida – p.i.r.e. Estaciones en ruta
-1 a 19 dBW -11 a 9 dBW
58
6.3 6.4
Estaciones intermedias Estaciones en aeropuertos Estaciones a bordo de la aeronave (ganancia de antena: 1 dB)
-11 a 9 dBW -69 a 11 dBW
7.
7.1
7.2
7.3
Modulación Método: modulación por desplazamiento de fase diferencia en cuadratura (p/4 MDPD - 4) Anchura de banda a 3 dB del espectro de transmisión Velocidad binaria
22,1 KHz 44,2 Kbit/s
8.
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
Estructura de la señal Duración del bit Longitud del intervalo de tiempo Intervalo de tiempo Longitud de trama Duración de trama Número de bits de trafico/intervalo
22,62 µs 208 bits 4,706 ms 17 intervalos 80 ms 192 bits
Fuente: IUT (2011) 2.10.2.1. PLAN DE FRECUENCIAS De acuerdo con el número 740A del RR, se han identificado las siguientes
bandas de frecuencias para los sentidos indicados:
• 1 670-1 675 MHz, transmisiones tierra-aire.
• 1 800-1 805 MHz, transmisiones aire-tierra.
2.10.2.2. TIPOS DE ACCESO Y ESTRUCTURA DE LA TRAMA El sistema utiliza múltiplex por división en el tiempo (MDT) en combinación
con múltiplex por división enfrecuencia (MDF) para el enlace tierra-aire y
59
accesomúltiple por división en el tiempo (AMDT) para el enlace aire-tierra.La
velocidad binaria bruta de cada portadora es de 44,2 Kbit/s, lo que permite
acomodar de 4 a 16 canales detráfico en una misma portadora.
De este modo el sistema está destinado a transmitir señales vocales
utilizando códecs de voz de 9,6 Kbit/s. Sin embargo, en eldiseño se
contempla la posibilidad de acoplamiento a otros tipos de acceso para
códecs de datos y de señales vocales convelocidad binaria inferior.
La estructura de trama se diseña de tal forma que permite la utilización
simultánea de códecs de distintasvelocidades.Las tramas están constituidas
por 17 intervalos de tiempo de 4,706 ms, lo que supone una duración total
de80 ms. 16 intervalos se utilizan para el tráfico (4 para el canal de tráfico de
9,6 Kbit/s) y 1 se emplea para el control. Lastramas están organizadas en
supertramas de 20 tramas.
Los canales de tráfico contenidos en una trama de una portadora específica
en una estación en tierra puedenatribuirse a aeronaves distintas.
La estación de aeronave explora periódicamente las portadoras de la
estación en tierra y extrae la informaciónde control mediante un receptor de
exploraciónespecializado. Ello permite a la estación de aeronave seleccionar
laestación en tierra y la portadora óptimas cuando se inicia o traspasa una
llamada.
2.10.2.3. CARACTERÍSTICAS DE MODULACIÓN
60
La portadora se modula con una velocidad de 44,2 Kbit/s mediante
modulación por desplazamiento de fasediferencial en cuadratura p/4 (p/4
mdpd-4).
En el cuadro 2 se indican los parámetros de la plantilla del espectro de
radiofrecuencia dentro de banda.
CUADRO N ° 2 Valores de la planilla del espectro de radiofrecuencia dentro de
banda en el TFTS
Fuente: IUT (2011)
El espectro dentro de banda de salida debe estar comprendido dentro de la
plantilla definida uniendo con líneas rectas los puntos indicados en el cuadro
2. La frecuencia se medirá a partir del valor nominal y la amplitud a partir del
nivel en la frecuencia nominal.
2.10.2.4. CARACTERISTICAS DE LA ESTACIÓN DE AERONAVE Laestacióndeaeronaveescapazdetransmitirconunap.i.r.e máxima de +41
dBm en el plano horizontal. Dicha estación ajusta periódicamente la potencia
de RF transmitida bajo el control de la estación en tierra.
61
2.10.2.5. CARACTERISTICAS DE LA ANTENA La antena a bordo de aeronave es casi toroidal con una ganancia de más de
0 dBi, sin rebasar el valo r de 2,5 dBi en el plano horizontal.
LasantenasdelasET/ER yET/INT
sonomnidireccionalesenelplanoacimutalytienenunagananciamínimade 8
dBiparaángulosdeelevacióndecasi 0°.
NosehadefinidoningúndiagramaderadiaciónparalasantenasdeET/AP
puestoquedebenserdirectivasotenerundiagramaderadiaciónespecialdeacuerd
oconsuubicación. Seutilizapolarizaciónvertical.
2.10.2.6. BALANCE DEL ENLACE Enelsiguientecuadro
3,figuraunbalancedelenlacetípicoparaunatransmisióntierra-
aireentreunaaeronavesituadaenlímitedeunacélula
(240km) yunaestaciónentierraenruta .
CUADRO N° 3
Balancedelenlacetípicodeunenlaceaire-tierraenun TFTS
62
Fuente: IUT (2011).
3. SISTEMA DE VARIABLE A continuación se presentan las definiciones de la investigación. 3.1. DEFINICIÓN NOMINAL Propagación de ondas electromagnéticas. 3.2. DEFINICIÓNCONCEPTUAL Según plantea Ulaby (2007, p.287 ) la onda electromagnéticas son aquellas
63
que se propagan de dos maneras, en un medio guiado ( Cuando sigue el
curso de un material ) o en un medio in fronteras o no guiado como son las
ondas luminosas que emiten el sol y la transmisiones de radio emitidas por la
antena.
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL Operacionalmente, un sistema de transmisión, consiste en transmitir una
señal, para después ser modulada y amplificada a una potencia adecuada a
través de un medio de comunicacióncapaz de llevar esa señal de un
transmisor a un receptor lejano. Se proporcionara una mejor transmisión de
la señal, utilizando grandes potencias y grandes antenas transmisoras para
dirigir la señal hacia arriba, haciendo uso del mismo tiempo de una señal
similar receptora para tomar una pequeña parte de la señal que es
dispersada por la atmosfera.