RADIO ENLACE AREQUIPA TACNA

ESPECTRO RADIOELECTRICO

El espectro radioeléctrico es una porción del espectro electromagnético y es precisamente en esa porción en donde operan las emisoras de radio (AM y FM), las de televisión abierta (por aire) y microondas, de telefonía celular, los sistemas satelitales, los radioaficionados, las comunicaciones vía Internet, los radiomensajes (pagers), las comunicaciones de aeronaves, buques, transporte terrestre, entre otros servicios de telecomunicaciones. Debido a la multiplicidad de servicios que pueden prestarse por medio del espectro radioeléctrico, su organización y regulación resulta indispensable para permitir el desarrollo del mismo, sobre todo al tratarse, como se señaló anteriormente, de un bien intangible. Como se desprende de los párrafos anteriores, la necesidad de control internacional para la correcta administración del espectro radioeléctrico, ha propiciado que este se subdivida en bandas de frecuencia, que designan una porción del espectro radioeléctrico y cuya división se realiza atendiendo criterios técnicos relacionados con los servicios que, por las características propias de la porción designada, resultan mayormente viables en determinada banda.

TIPOS DE ONDA SEGÚN PROPAGACION: Los modos de propagación de una onda electro-magnética dependen de su frecuencia y de las características eléctricas del terreno subyacente y de la atmósfera.

A continuación se describe las formas de propagación de onda o tipos de onda:

Onda de superficie:

Para frecuencias inferiores a 30 MHz, con largos alcances y gran estabilidad de las señales. Las características del suelo influyen de forma notable en la propagación.

Onda Ionosférica:

Para frecuencias comprendidas entre 3 y 30 MHz. La propagación se produce por reflexión de las ondas en la ionosfera (capa ionizada de la atmósfera). Grandes alcances, pero cierto grado de inestabilidad en las señales.

Onda espacial:

Para frecuencias superiores a 30 MHz. La propagación se realiza a través de las capas bajas de la atmósfera terrestre (troposfera) y eventualmente puede tomar parte el suelo. Onda estable, aunque limitada aproximada-mente al campo de visión directa, pudiendo ser afectada por desvanecimientos de señal. Se distinguen tres sub-modos:

a) Onda directa, que enlaza transmisor con receptor. b) Onda reflejada, que conecta el transmisor y el receptor a

través de una reflexión en el terreno subyacente. c) Ondas de multitrayecto, que alcanzan el receptor tras sufrir

reflexiones en capas fronteras de estratos troposféricos.

Onda de dispersión troposférica:

La propagación se basa en reflexiones ocasionadas por discontinuidades debidas a variaciones turbulentas de las constantes físicas de la troposfera (concretamente del índice de refracción, provocando una reflexión dispersiva). Pérdidas muy elevadas, sujeto a desvanecimientos profundos. El medio de transmisión influye en la propagación de las ondas electromagnéticas mediante fenómenos físicos como reflexión, refracción, difracción, dispersión o absorción, entre otros. Sus

efectos dependen del medio (tipo de terreno, condiciones y capas de la atmósfera), así como de la frecuencia y de la polarización de la onda emitida. Por ejemplo, a partir de ciertas altas frecuencias las ondas pueden atravesar las capas de la atmósfera, dando lugar a comunicaciones con el espacio exterior empleando satélites

espaciales para comunicaciones.

COMUNICACIÓN VIA MICROONDAS Básicamente 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. El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia debe ser libre de obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos enlaces, 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.

ZONA DE FRESNEL Se llama zona de Fresnel al epacio entre el emisor de una onda electromagnetica; etc y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180°. Asi, la fase minima se para el rayo que une una linea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue hasta los 180°, adoptando la forma de una elipsoide de revolucion. La segunda fase abarca hasta un desfasaje de 360°, resultando un segundo elipsoide que contiene a la primera. Y asi seguidamente. La obstruccion maxima permisible para considerar que no hay obstruccion es hasta el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstruccion maxima recomendada es hasta el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de Fresnel debe estar ya despejada al 100% mientras que para un estudio con k=2/3 se debe tener despejado al 60% de la primera zona. Para establecer las zona de Fresnel, primero debemos determinar la linea de vista de RF, que de forma simple, es la linea recta que une los focos de las antenas transmisora y receptora. La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:

√

Donde: = Radio del craneo de Fresnel en metros(n=1, 2, 3…) 1 = Distancia desde el transmisor al objetivo en metros. 2 = Distancia desde el objetivo al receptor en metros.

𝜆 = Longitud de onda de la señal transmitida en metros. Aplicando la formula se obtiene el radio de la primera zona de Fresnel de la formula superior, conocida la distancia entre las dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo al objeto situado en la punta central. En unidades del SI:

√

ALTURA DE LAS ANTENAS Si bien existen cálculos de la primera zona de Fresnel donde se guarda ciertas formas en el aspecto de poner construcciones entre obstáculos donde no afecte ni la transmisión ni halla causas de la radiación, pero existe otro caso donde si queramos instalar antenas en zonas ya lejanas donde se proveen zonas accidentadas, aquí donde se verán obligados a cambiar el parámetro de las mismas antenas específicamente en este punto vamos a ver las alturas y consecuentemente veremos el cálculo con la zona de Fresnel ya obtenida. Cálculo matemático del radio de las alturas de las antenas. Conocemos las formulas:

( )

( )

Donde: = radio de la primera zona de Fresnel. = altura del obstáculo sobre el nivel del mar. = altura de la antena 1. = altura de la antena 2. = altura de las estaciones sobre el nivel del mar

K=4/3 radio terrestre. a=6370000m. REFLEXION La atmósfera terrestre se divide en las siguientes capas: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. Las divisiones entre una capa y otra se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa. En esta parte lo más importante es resaltar La termosfera o ionosfera es la capa de la atmósfera terrestre que se encuentra entre la mesosfera y la exosfera. Dentro de esta capa, la radiación ultravioleta, pero sobre todo los rayos gamma y los rayos X provenientes del Sol, provocan la ionización de átomos y moléculas. En dicho proceso los gases que la componen elevan su temperatura varios cientos de grados. En esta capa la temperatura se eleva continuamente hasta más allá de los 1000 °C. Entre las propiedades de la ionosfera, encontramos que esta capa contribuye esencialmente a la reflexión de las ondas de

radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra. Debido a la refracción en la atmosfera que «dobla» a Tierra la trayectoria de la onda. Debido a la reflexión causada por la superficie del suelo. ESTUDIO SOBRE LA ONDA REFLEJADA Para poder examinar la ruta de la onda reflejada lo primero que debe hacerse es conocer la posición del punto de reflexión, luego determinar la perdida de potencia que este causa para poder evaluar de esta manera la posible o no interferencia de este fenómeno. POSICIÓN DEL PUNTO DE REFLEXIÓN Usando el perfil y el mapa se determina el puto de reflexión y su altura aproximada. Para el efecto se calcula como sigue:

Dónde: : es la altura del punto de reflexión sobre el nivel del mar.

Luego se calcula los parámetros c y m. Utilizando la figura 2 se

obtiene el valor de b:

Dónde: = Factor de radio efectivo de la tierra (4/3)

= Radio medio de la tierra ( )

Con b, se determinan las distancias al punto de reflexión

( )

GOOGLE EARTH Google Earth es un programa informático que muestra un globo virtual que permite visualizar múltiple cartografía, con base en la fotografía satelital. El programa fue creado bajo el nombre de EarthViewer 3D por la compañía Keyhole Inc, financiada por la Agencia Central de Inteligencia. La compañía fue comprada por Google en 2004 absorbiendo el programa. El mapa de Google Earth está compuesto por una superposición de imágenes obtenidas por Imagen satelital, fotografía aérea, información geográfica proveniente de modelos de datos SIG de todo el mundo y modelos creados por ordenador. El programa está disponible en varias licencias, pero la versión gratuita es la más popular, disponible para móviles, tablets y PCs. Características Google Earth permite introducir el nombre de un hotel, colegio o calle y obtener la dirección exacta, un plano o vista del lugar. También se pueden visualizar imágenes vía satélite del planeta. También ofrece características 3D como dar volumen a valles y montañas, y en algunas ciudades incluso se han modelado los edificios. La forma de moverse en la pantalla es fácil e intuitiva, con cuadros de mandos sencillos y manejables. Es posible compartir con otros usuarios enlaces, medir distancias geográficas, ver la altura de las montañas, ver fallas o volcanes y cambiar la vista tanto en horizontal como en vertical.

RADIOENLACE AREQUIPA-TACNA El presente trabajo consiste en diseñar un radioenlace entre las ciudades de Arequipa y Tacna, exactamente desde la plaza de armas de dichas ciudades. Para este objetivo procedemos a utilizar el software anteriormente comentado Google Earth, con esta herramienta levantamos el perfil de la superficie y haremos el cálculo de las zonas de Fresnel que ya comentamos con anterioridad. La distancia directa entre las dos ciudades es de 227km, en la imagen que sigue se muestra la vista superior del trazo directo y el camino elegido con cada una de las repetidoras.

Tramo total del radioenlace

Tramos posibles

Existirán un total de tres repetidoras desde el punto inicial hasta el punto final, en los siguientes puntos realizamos el análisis para cada uno de los tramos entre repetidoras, tanto de la zona de Fresnel como del Punto de Reflexión.

Tramo elegido para el radioenlace

PUNTO INICIAL El punto de inicio para el radio enlace se ubica en la cuidad de Chimbote donde elegimos como punto de partida la plaza de armas de dicha cuidad con una antena sobre el techo de la municipalidad provincial de Chimbote.

Antena emisora ubicada en la Plaza de armas de la ciudad de Arequipa

PUNTO FINAL El segundo punto considerado como punto final de la conexión entre las ciudades de Chimbote y Huaraz se establece en la Plaza de Armas de Huaraz eligiendo como punto de colocación de la antena el techo de la municipalidad provincial de Huaraz.

Antena Receptora ubicada en la Plaza de armas de la ciudad de Tacna

Repetidor 1

Antena Repetidora 2 ubicada en el distrito de Yarabamba en la

Region Arequipa

Repetidor 2

Antena repetidora 1 ubicada en distrito de Ilabaya provincia de

Jorge Basadre, región Tacna Repetidor 3:

CARACTERÍSTICAS DEL RADIOENLACE

Distancia total: 239.1 Km

Número de repetidoras: 03

Frecuencia de transmisión: 2.0 GHz

Radio terrestre: 6370000m

Distancia directa: 123.00Km

TRAMOS DEL RADIOENLACE

Tramo 1: Centro de Arequipa – Yarabamba (Arequipa)

Datos: 𝒅=26700 𝒅𝟏=17400 𝒅𝟐=9300 𝒉𝒔=2726 𝒉𝒈𝟏=2346 ; 𝒉𝒈𝟐=3366

Calculamos : √ ( ) ( )

( ) = 13.48m

De donde: 𝜆

( )

𝟑

Calculamos : ( ) ( )

𝟗 𝟓𝟏

Calculamos : 𝟐𝟕 𝟑𝟓

Ahora calculamos las alturas de las antenas y :

Plantearemos que 𝒉 𝟐 𝟐𝟓 y 𝒉 𝟏 𝟖 𝟑𝟓

Tramo 2: Yarabamba (Arequipa)- Ilabaya provincia de Jorge Basadre

(Tacna

Datos: 𝒅=117000 𝒅𝟏=57000 𝒅𝟐=60000 𝒉𝒔=2726 𝒉𝒈𝟏=3366 ; 𝒉𝒈𝟐=4000

Calculamos : √ ( ) ( )

( ) = 29.61m

De donde: 𝜆

( ) 𝟑

Calculamos : ( ) ( )

𝟐 𝟏 𝟔𝟏

Calculamos : 𝟐𝟗𝟐𝟕 𝟏𝟕

Ahora calculamos las alturas de las antenas y :

Plantearemos que 𝒉 𝟐 𝟐𝟓 y 𝒉 𝟏 𝟖 𝟑𝟓

Tramo 3: Jorge Basadre - Intioroko (Tacna)

Datos: 𝒅=92100 𝒅𝟏=35000 𝒅𝟐=57100 𝒉𝒔=2456 𝒉𝒈𝟏=4000 ; 𝒉𝒈𝟐=892

Calculamos : √ ( ) ( )

( ) = 0.8m

De donde: 𝜆

( ) 𝟑

Calculamos : ( ) ( )

𝟏𝟏𝟖 𝟕𝟗

Calculamos : 𝟐𝟓𝟕𝟒 𝟕𝟗

Ahora calculamos las alturas de las antenas y :

Plantearemos que 𝒉 𝟐 𝟐𝟓 y 𝒉 𝟏 𝟖 𝟑𝟓

Tramo 4: Intioroko (Tacna) Centro de Tacna

Datos: 𝒅=4740 𝒅𝟏=2040 𝒅𝟐=2700 𝒉𝒔=2456 𝒉𝒈𝟏=892 ; 𝒉𝒈𝟐=567

Calculamos : √ ( ) ( )

( ) = 0.186m

De donde: 𝜆

( )

𝟑

Calculamos : ( ) ( )

𝟑𝟐𝟒

Calculamos : 𝟐𝟓𝟕𝟒 𝟕𝟗

Ahora calculamos las alturas de las antenas y :

Plantearemos que 𝒉 𝟐 𝟐𝟓 y 𝒉 𝟏 𝟖 𝟑𝟓