Atenuacion Por Niebla
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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
INGENIERIA ELECTRONICA
COMUNICACIONES SATELITALES
ATENUACION POR NIEBLA Y NUBES
INTEGRANTES:
Sebastián Figueroa
Alejandro Moreno
Diego Ulloa
INTRODUCCIÓN
Para las nubes y la niebla compuestas totalmente de gotas minúsculas,
generalmente inferiores a 0,01 cm, la aproximación de Rayleigh es válida para
frecuencias inferiores a 200 GHz y se puede expresar la atenuación en
términos del contenido total de agua líquida por unidad de volumen.
Así pues, la atenuación específica en el interior de una nube o de la niebla puede expresarse como:
siendo:
c: atenuación específica (dB/km) en la nube
Kl : coeficiente de la atenuación específica ((dB/km)/(g/m3))
M : densidad de agua líquida en la nube o la niebla (g/m3).
En frecuencias del orden de 100 GHz y superiores, la atenuación debida a la niebla puede ser significativa. La densidad de agua líquida en la niebla es típicamente de unos 0,05 g/m3 en la niebla moderada (visibilidad del orden de 300 m) y de 0,5 g/m3 en niebla espesa (visibilidad del orden de 50 m).
COEFICIENTE DE ATENUACIÓN ESPECÍFICA Kl
Para calcular el valor de Kl se puede utilizar un modelo matemático válido hasta frecuencias de 1 000 GHz basado en la dispersión de Rayleigh, aplicable para la permitividad dieléctrica e(f) del agua.
donde f es la frecuencia (GHz), y:
La permitividad dieléctrica compleja del agua viene dada por:
Donde:
siendo T la temperatura (K).
Las frecuencias de relajación principal y
secundaria son:
La Fig. 1 muestra los valores de Kl en
frecuencias entre 5 y 200 GHz y
temperaturas entre –8° C y 20° C. Para
atenuaciones debidas a las nubes, se ha
de utilizar la curva correspondiente a 0°
C.
ATENUACIÓN DEBIDA A LAS NUBES
Para obtener la atenuación debida a las nubes para un valor de probabilidad
determinado, deben conocerse las estadísticas del contenido total de la
columna de agua líquida L (kg/m2) o, de forma equivalente, milímetros de
agua precipitable para un emplazamiento determinado, lo que da:
siendo θ el ángulo de elevación y Kl el que se obtiene de la Fig. 1.
Las estadísticas del contenido total de la columna de agua líquida pueden
obtenerse a partir de las mediciones radiométricas o mediante lanzamientos
de radiosondas. Que se encuentran en la Recomendación UIT-R P.836.
CONTENIDO TOTAL DE LA COLUMNA DE AGUA
LÍQUIDA DE NUBE
El contenido total de la columna de agua líquida de nube, expresado en kg/m2
o, de manera equivalente, en mm de agua líquida, puede obtenerse a partir de
lanzamientos de radiosondas y mediciones radiométricas. Los datos obtenidos
a partir de radiosondas son fáciles de obtener; sin embargo, presentan una
resolución temporal limitada y se aplican únicamente a trayectos cenitales. El
contenido total de la columna de agua líquida de nube puede obtenerse a partir
de mediciones radiométricas en las frecuencias apropiadas a lo largo del
trayecto deseado.
Los valores anuales del contenido total de la columna de agua líquida de nube,
L (kg/m2), que exceden durante el 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 20; 30; 50;
60; 70; 80; 90; 95 y 99 por ciento de un año promedio están disponibles en
forma de mapas digitales en el sitio web de la Comisión de Estudio 3 de
Radiocomunicaciones
Ejemplo:
• Se desea conocer el valor de la atenuación producida por la niebla y nubes en un enlace satelital que conecta la ciudad de Londres (longitud: -0,1906° latitud: 51,481736°) con el satélite Hispasat 1C (longitud: -30°). La temperatura en la estación terrena es de 2 °C, la densidad de agua en la niebla es de 0,25 g/m3, el satélite trabaja en la banda Ku.
Ya que se trata de un enlace de subida en banda Ku, la frecuencia del enlace es de 14GHz. Primero se procede a calcular la atenuación específica.
Solución:
c KlMComo M es un valor conocido, lo que hace falta es calcular el coeficiente de atenuación específica.
• Al coeficiente de atenuación específica se lo puede obtener de 2 formas, a través de gráficas:
• El coeficiente de atenuación específica se lo puede obtener también a partir de las fórmulas:
21''
819,0
fKl
• De donde η y ε’’ se lo obtienen de la siguiente manera:
2
21
2
10
11
''
''
'2
s
s
p
p f
ff
f
f
ff
f
• Para estas ecuaciones los valores de ε0,ε1,ε2,fp,fs son los siguientes:
1 5,48
2 3,51
0 77,6 103,3 1
siendo
300
T300
2 2731,0909
Entonces
0 77,6 103,3 1,0909 1
0 86,98
f p 20,09 142 1 294 1 2
f p 9,61GHz
fs 590 1500 1
fs 453,65GHz
' 'f 0 1
f p 1f
f p
2
f 1 2
fs 1f
f s
2
' '14 81,5
9,61 1 1,45 2
14 1,97
453,65 1 0,0308 2
' ' 38,15
'0 1
1f
f p
2
1 2
1f
f s
2
2
'81,5 3,1025
1,97 1,0009
3,51
' 31,747
2 '
' '
2 31,747
38,15
0,884
K l 0,819 f
' ' 12
K l 0,81914
38,15 1 0,8842
K l 0,1686dB /Km
g /m3
Con el valor del coeficiente de atenuación específico se procede a calcular la atenuación específica:
KmdB
m
g
mg
KmdB
MK
c
c
lc
/04215,0
25,0/
/1686,0
33
• Distancia al satélite:
d 35786,04 1 0,41999 1 cos lcosL 1/ 2
d 35786,04 1 0,41999 1 0,5396 1/ 2
d 39093,09 Km
• Componente horizontal:
dBAtenuacion
KmKm
dBAtenuacion
DAtenuacion
KmD
D
xc
x
x
17,1496
407,35496*04215,0
407,35496
cos09,39093
• Para calcular la atenuación debida a las nubes se calcula de la siguiente manera:
A LK l
sen
donde es el ángulo de elevación
arctgcos l cosL
Re
h
sin arccos cos l cosL
l es la latitud de la estación terrena, ΔL es el valor absoluto de la diferencia de las longitudes, Re es el radio de la tierra y h es el radio de la órbita de la tierra.
arctgcos 51,48 cos 29,81 0,1512
sin arccos cos 51,48 cos 29,81
arctg0,38849
0,8418
24,773
• Para el valor de L se puede obtener de los mapas, o de las tablas estadísticas de la ITU:
De esta manera se obtiene que el contenido de agua líquida de nube para esta zona es de 0,5Kg/m2, así la atenuación para la nube queda:
A LK l
sen
A
0,5Kg
m2
0,1686
dB /Km
g /m3
sen 24,77
A 0,201 dB
FUENTE: • R-REC-P.840-4
• R-REC-P.836-3
• R-REC-P.1144-6
• http://es.wikipedia.org/wiki/Dispersi%C3%B3n_de_Rayleigh