Comunicaciones en la Banda VHF y UHF

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Comunicaciones en la Banda VHF y UHF
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA IV
PARTE I
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RANGOS DE FRECUENCIAS

• Los rangos de frecuencia de las bandas de VHF y
  UHF, son

Banda Frecuencia inferior Frecuencia superior
VHF 30 MHz 300 MHz
UHF 300 MHz 3000 MHz
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RANGOS DE FRECUENCIAS

• Las longitudes de ondas correspondientes son

Banda Longitud de onda inferior Longitud de onda superior
VHF
UHF
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PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA
PLANA

• Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están
  ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede,
  con garantía, ignorar el efecto de la curvatura
  de la Tierra y considerar que las ondas de radio
  se propagan a lo largo de una superficie plana
  conductora imperfecta.

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PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA
PLANA

• En la práctica los trasmisores emplazados en la
  Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el
  intervalo de onda corta y ultra corta, siendo
  típico este uso en el trasmisor de televisión,
  los trasmisores de VHF, FM, etc.

Radio FM
TV
Com. privadas
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Problemas de la esfericidad de la Tierra

• Se presentan tres casos
• Intervalo de visibilidad directa
• Radiopropagación de visibilidad directa sobre
  colinas
• Radiopropagación sobre filos de cuchillos

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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• La troposfera es la capa de la atmósfera que más
  afecta las trasmisiones de televisión.
• Sus características físicas influyen notablemente
  sobre las ondas de radio.
• Entre estas características tenemos el índice de
  refracción, el cual varía con la altura y que es
  el responsable más directo de la curvatura que
  experimenta la onda trasmitida, dando lugar a
  diferentes tipos de refracción troposféricas.

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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• La troposfera causa un efecto de curvatura en el
  rayo, el cual es más acentuado en las
  trasmisiones de VHF y UHF, las ondas de radio
  que se propagan según un ángulo de elevación
  pequeño viajaran formando arcos cuyos radios
  serán iguales a

donde
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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• Debe notarse que las ondas de VHF y UHF
  experimentan una refracción mayor en la
  troposfera estándar que los rayos con frecuencias
  ópticas.
• Esto se debe a que las moléculas de agua que
  poseen un momento dipolo permanente y una masa
  finita, no pueden seguir fluctuaciones de
  frecuencia tan elevadas...
• ... pero si pueden reaccionar positivamente a las
  perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF,
  participar activamente en el movimiento
  oscilatorio y contribuir a los cambios del índice
  de refracción.

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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos
  como
• aumento del radio efectivo de la Tierra (ya que
  como vimos, las ondas se propagan produciendo un
  efecto de aumento del radio de la Tierra)
• Los casos en que la trayectoria de las ondas
  electromagnéticas alcanzan distancias muy
  superiores a las previstas teóricamente.

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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos
  como (cont.)
• La existencia de la súper refracción, que es una
  de las formas de refracción troposférica, en la
  cual por condiciones especificas y de carácter
  aleatorio, en dependencia de las condiciones
  meteorológicas, se forma lo que es conocido como
  ductos troposféricos.
• Los ductos producen una serie de reflexiones
  sucesivas en la superficie terrestre que se
  extiende hasta distancias bastante grandes.

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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• La condición para que una onda electromagnética
  se propague dentro de un ducto es que su longitud
  de onda ? no exceda a una ? critica, conocida
  como ? de corte. Para la mayoría de los casos, la
  siguiente expresión nos da el valor de esta ?
  crítica

donde ho es la altura del ducto.
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EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS
TROPOSFÉRICAS

• Valores de longitud de onda críticos para algunos
  ductos

Ho(m) 6 24 120 600
?c(m) 0.01 0.1 1 10
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ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

• La atenuación en la troposfera se debe a cuatro
  factores
• La absorción por partículas suspendidas, lluvia,
  nieve, niebla, etc.
• Absorción por moléculas.
• Dispersión por moléculas y sus colisiones.
• Absorción por sólidos.

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ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

• Las experiencias practicas han verificado que las
  ondas más largas que 10 cm. no experimentan
  atenuación apreciable en la troposfera.
• Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren
  atenuaciones las que pueden ser considerables.

Atenuación
Atenuación
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ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

• La expresión para el campo es

donde ? es la pérdida por unidad de longitud y
L, la longitud del área lluviosa.
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SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE

• Es un sistema de radiocomunicaciones en el cual
  las estaciones (transmisoras y receptoras) están
  en movimiento permanente y eventual.

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SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE

• El servicio móvil terrestre está compuesto en lo
  fundamental por una estación base a la cual está
  asociado un grupo de estaciones móviles. La
  estación base puede servir a diferentes
  estaciones móviles o sistemas móviles que
  trabajan a diferentes frecuencias cada uno para
  servir a un solo sistema.

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Clasificación de los sistemas de
radiocomunicaciones móviles terrestres

• Según sea la forma en que operen los sistemas de
  radiocomunicaciones móviles, se pueden
  caracterizar los siguientes modos de explotación
  de frecuencias
• Sistemas simplex de una y de dos frecuencias
• Sistemas base duplex de dos frecuencias
• Sistemas duplex de dos frecuencias.

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Sistema simplex de una sola frecuencia

• En estos sistemas, tanto la estación base como la
  móvil, transmiten a una frecuencia común.
• Cada estación debe tomar su turno para hablar
  mediante el uso del procedimiento push to talk
  (pulse para hablar).

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Sistema simplex de dos frecuencias

• Se transmite y recibe en frecuencias diferentes.
  Ambas estaciones, base y móvil, operan en régimen
  push-to-talk. Los sistemas móviles pueden operar
  en zonas, ubicando una estación base en el centro
  de cada zona que se debe cubrir.

f2
f1
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Sistema Base Duplex de dos frecuencias

• Las estaciones bases se diseñan de tal forma que
  se pueda trasmitir con una frecuencia y recibir
  con otra simultáneamente, mientras que el móvil
  opera en el modo simplex de dos frecuencias en
  régimen push-to-talk.

f2
f1
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Sistema Duplex de dos frecuencias

• En estos sistemas, ambas estaciones, base y
  móvil, pueden trasmitir a una frecuencia y
  recibir simultáneamente a otra.
• El diseño de la estación base en este caso es
  similar al de base duplex, pero la estación móvil
  debe ser equipada con una segunda antena o
  filtros necesarios entre el trasmisor y receptor,
  para evitar la interferencia.

f1
f2
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BANDAS DE FRECUENCIAS

• El CCIR recomienda para los sistemas de
  comunicaciones móviles la utilización de cinco
  bandas de frecuencias que son las que se muestran
  en la tabla siguiente

Bandas Frecuencias (MHz)
I 30 50
II 50 100
III 150 250
IV 450 500
V 500 - 1000
f2
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SEPARACION ENTRE CANALES

• El ancho de banda nominal de transmisión, Bn es
• siendo
• M la frecuencia máxima de modulación. Para un
  caso medio de telefonía comercial M 3 kHz.
• D la mitad de la diferencia entre los valores
  máximos y mínimos de la frecuencia instantánea.
• K el factor numérico que varía según la emisión
  y depende de la distorsión admisible de la señal.
  Normalmente K 1.

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SEPARACION ENTRE CANALES

• En nuestro caso hemos adoptado la canalización de
  25 kHz para la cual se tiene que M3 kHz, D5 kHz
  y K1, obteniéndose así un ancho de banda
  nominal, Bn16 kHz lo que permite un ancho de
  banda de guarda de 9 kHz.

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APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF Y UHF

• Entre las aplicaciones mas comunes tenemos
• Sistemas de televisión de banda VHF
• Sistemas de televisión de banda UHF
• Sistemas de radio troncalizado
• Sistemas de radio de comunicaciones privadas de
  VHF y UHF
• Sistemas de telefonía móvil celular
• Sistemas de radio control de VHF
• Sistemas de ayudas para radio navegación Banda
  marítima y aérea.

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ZONAS DE FRESNELL

• Zonas de Freesnel

29
FIN DEL TEMA 4
Gracias
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Intervalo de Visibilidad Directa

• La cuestión crucial del estudio de la propagación
  en la Tierra real consiste en determinar si las
  antenas trasmisoras y receptoras están dentro del
  intervalo de visibilidad directa entre sí.
• Es deseable que las dos antenas se veanuna a la
  otra. Este es un termino que no debe tratarse
  literalmente. Él indica que no debe haber
  obstaculo entre la antena transmisora y la
  receptora.

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Intervalo de Visibilidad Directa

• a) Intervalo de visibilidad directa
• Si una de las antenas, (la cual la podemos
  denominar A) está elevada y la otra (llamada
  B), se encuentra en la Tierra, como se muestra
  en la figura, el problema se reduce a encontrar
  la distancia hasta el horizonte visible. Si se
  establece un radio terrestre de 6,37xl06 km, a
  partir del triángulo OAC tenemos que

donde la altura h es despreciable en comparación
con el radio terrestre a.
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Intervalo de Visibilidad Directa

• La propagación de ondas terrestres con antenas
  elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en la
  figura. La intensidad de campo total será la suma
  del rayo directo AB y el reflejado AOB debido a
  que consideramos la tierra plana.

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Radiopropagación de visibilidad directa sobre
colinas.

• Es frecuente encontrar elevaciones en la
  trayectoria de propagación. En tales casos las
  ondas viajarán en presencia obstáculos, aunque
  las antenas trasmisoras y receptoras estén dentro
  del intervalo de visibilidad directa.

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Radiopropagación de visibilidad directa sobre
colinas.

• La cuestión radica en que las dimensiones del
  obstáculo son una función de la longitud de onda
  ?. Por tanto, un terreno puede ser considerado
  plano para las ondas OL (ondas largas) y OM
  (ondas medias), mientras que esta consideración
  puede cesar para las ultracortas, cuando los
  obstáculos presentan dimensiones considerables,
  como se muestra en la figura a continuación.

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Radiopropagación de visibilidad directa sobre
colinas.
Las ondas parten de la antena en A y llegan a
la antena en B pero por trayectos diferentes.
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Radiopropagación de visibilidad directa sobre
colinas.

• A primera vista puede parecer que las ondas de
  radio se propagan sobre las colinas de la misma
  forma que en un terreno plano, exceptuando que en
  vez de un solo rayo, llegarán ahora más.
• Esto no es así, porque el rayo reflejado se forma
  dentro de la primera zona de Fresnell y no en un
  punto geométrico, y en la mayoría de los casos
  las cimas de las colinas son mucho más pequeñas,
  en tamaño, que la primera zona de Fresnell.

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Radiopropagación sobre filos de cuchillo

• Los filos de Cuchillo, son obstáculos puntiagudos
  y opacos, en la trayectoria de propagación. Este
  filo idealizado, desprovisto de toda propiedad
  eléctrica, permite el cálculo del campo
  difractado por un método ampliamente conocido de
  la óptica física.

Patrón de radiación
Estación A
Estación B
Filos de Cuchillo
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Radiopropagación sobre filos de cuchillo
Se analizaran dos casos de radiopropagación sobre
filos de cuchillos.

• CASO 1
• En el caso de la figura a, el obstáculo no
  corta el rayo directo y solo emerge parcialmente
  dentro del volumen significativo.

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Radiopropagación sobre filos de cuchillo

• CASO 2 En el caso de la figura b el filo corta
  el rayo directo AB.

En este caso el filo de cuchillo obstruye el paso
del frente de onda.
40
Radiopropagación sobre filos de cuchillo

• La atenuación se puede determinar haciendo uso de
  la teoría de la difracción óptica, con lo cual la
  atenuación se expresa por

En la expresión anterior, C(V) y S(V) son las
integrales de Fresnell, donde
donde b es el radio de la primera zona de
Fresnell en el obstáculo y H, la altura del
obstáculo.
41
Radiopropagación sobre filos de cuchillo

• El gráfico de la función F (V) se muestra en la
  figura

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Radiopropagación sobre filos de cuchillo

• Contribución de trayectorias para filos de
  cuchillo La figura muestra que el campo en el
  punto B se debe a la combinación de cuatro rayos,
  cada uno de los cuales ha sufrido difracción en
  el filo de cuchillo. En esta figura los rayos se
  denominan AMB, AMB, AMB y AMB.