CARACTERISTICAS Y

EFECTOS DEL MEDIO DE

PROPAGACION

Grupo 9CM1

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

ESIME Zacatenco.

5.1 ANGULO DE ELEVACION Y AZIMUT

Angulo de elevación θ:

Angulo formado entre el plano horizontal local y la línea de vista entre la

estación terrena y la posición del satélite.

Angulo de Azimut φ:

Es el ángulo medido en el sentido de las manecillas del reloj entre la linea que

une la estación terrena con el norte geográfico y la proyección horizontal local

de la línea de máxima radiación de la antena

Para el ángulo de elevación:

• En donde:

• l = Latitud de la estación terrena

• ∆L= | Longitud del satélite - Longitud de la estación terrena |

• Re=radio de la Tierra= 6378Km

• h= radio de la orbita= 42164Km

Para el ángulo de azimut:

• Dependiendo de la localización de la estación terrena es la relación

al satélite el anglo de azimut φ es:

• Φ=180°-φ’ Estación en el hemisferio norte y al oeste del satélite

• Φ=180°+φ’ Estación en el hemisferio norte y al este del satélite

• Φ=φ’ Estación en el hemisferio sur y al oeste del satélite

• Φ=360°-φ’ Estación en el hemisferio norte y al este del satélite

Los contornos de los ángulos de azimut haciendo constante ahora φ:

• Si L estacion=L satelite=116.8° φ’=0° y φ=180°

• Si L estacion<L satelite φ=180°+φ’

• Si L estacion>L satelite φ=180°-φ’

5.2 RANGO

Es la distancia que hay entre una estación terrena y un satélite.

El ángulo de cobertura θ’:

• Donde l es la latitud de la estación terrena y

∆L es el valor absoluto de la diferencia de

longitudes del satélite y la estación terrena.

5.3 EFECTO DOPPLER

Nombre puesto en honor al físico austriaco Christian Doppler

Es explotado técnicamente por los sistemas satelitales de navegación y

localización, como el GPS (Global Positioning System), que es una

constelación de 24 satélites distribuidos en 6 orbitas intermedias.

La ecuación q relaciona a la frecuencia original del transmisor, con la

frecuencia detectada por un receptor, en función de la velocidad a la que

el transmisor se acerca o aleja del receptor:

• Donde Vt es la que corresponde de la velocidad de transmisor en la dirección hacia el receptor y c es la velocidad de la luz

En función de las variaciones temporales del rango S o distancia a la que

esta un satélite de un receptor fijo es:

• Donde la derivada del rango S con

relación al tiempo t es igual a la

componente radial Vt .

5.4 ABSORCIÓN ATMOSFÉRICAFigura1) Pérdidas por absorción atmosférica

La absorción atmosférica de la figura 1 está con respecto al cenit(θ=90°),

ver figura 2. Para θ entre 10° y 90°, es decir, “L a.a ”, se tiene:

5.5 ATENUACIÓN POR LLUVIA

Cenit

Figura 2) Enlace a través de lluvia

ZONAS GEOGRÁFICAS

Figura 3) Áreas e intensidad de lluvia

NOMOGRAMA DEL CCIR

Figura 4) Nomograma del CCIR

De las figuras 3 y 4, se puede obtener intensidad de lluvia (R0.01 en mm/Hr) y

el coeficiente de atenuación por lluvia.

Por lo tanto, la atenuación ”L” por lluvia buscada está dada por:

Donde:

5.6 EFECTO FARADAY

Consiste en la desviación indeseable de la dirección del vector campo

eléctrico de una señal de microondas.

Figura 5) Efecto faraday

La pérdida en la señal copolarizada está dada por:

θF

Figura 6) Rotación del campo eléctrico

5.7 DESPOLARIZACIÓN CAUSADA POR

LLUVIACuando llueve en la troposfera, las señales que pasan a través de ella son

despolarizadas. El grado de despolarización es función de la forma oblata y la

orientación de las gotas de lluvia, de la frecuencia y polarización de la onda, y

de la intensidad de la lluvia o número de gotas en el trayecto de propagación.

La formula empírica más reciente recomendada por la CCIR (Reporte 564-4,

1990) para calcular la magnitud de la discriminación de polarización cruzada,

DPX, es:

𝐷𝑃𝑋 = 𝑈 − 𝑉 log 𝐿𝑙𝑙𝑢𝑣𝑖𝑎 𝑑𝑏

Donde 𝐿𝑙𝑙𝑢𝑣𝑖𝑎 es la atenuación copolar en db, calculada como se vio

anteriormente, y las constantes U y V son:

𝑈 = 30 log 𝑓 − 40 log cos 𝜃 − 20 log 𝑠𝑒𝑛 (2𝜏)𝑉 = 20, 𝑠𝑖 8 𝐺𝐻𝑧 < 𝑓 < 15𝐺𝐻𝑧 (𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑘𝑢)𝑉 = 23 𝑠𝑖 15 𝐺𝐻𝑧 < 𝑓 < 35𝐺𝐻𝑧 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑘𝑎

En donde f es la frecuencia de la señal en GHz, 𝜃 es el ángulo de elevación de

la estación terrena y 𝜏 es el ángulo de inclinación del plano de polarización

con relación al plano horizontal local; este ángulo se toma igual a 45° para

polarización circular.

5.8 OTROS FACTORES DE DETERIORO POR

PROPAGACIÓN En la troposfera ocurren los siguientes fenómenos:

Atenuación por absorción atmosférica

Atenuación por lluvia

Despolarización por la lluvia

Despolarización por cristales de hielo en la atmósfera

Atenuación adicional por las nubes, la niebla, el granizo y la nieve

Cambios de amplitud, fase y ángulo de llegada causada por centello

troposférico

El centelleo consiste en fluctuaciones rápidas de la amplitud, la fase y el

ángulo de llegada de las microondas.

Es producido por los cambios que hay en el índice de refracción a nivel de

pequeña escala en la tropósfera.

A veces se le refiere como multi trayectoria atmosférica, su efecto aumenta o

disminuye de una manera muy compleja ya que también depende de la

humedad, la velocidad del viento, los cambios de temperatura, el tamaño y

ángulo de elevación de las antenas terrestres, clima local, estación del año,

etc.

En la ionosfera ocurren los siguientes fenómenos:

Rotación de Faraday

Centelleo ionosférico

El cual disminuye con el cuadrado de la frecuencia y sólo puede ser

importante a frecuencias menores a las de la banda C

5.9 TIEMPO DE RETARDO O LATENCIA

Para ciertas aplicaciones (como telefonía y sistemas interactivos de alta

velocidad) es importante el tiempo total que la señal tarda en subir desde la

tierra hacia el satélite y viceversa. Es el tiempo de retardo t calculado por :

𝑡 =𝑆

𝑐[𝑠]

En donde S es el rango o distancia en km entre la estación terrena trasmisora

o receptora y el satélite, y c es la velocidad de la luz (299,792 km/s)

El tiempo total transcurrido desde que unapersona A dice algo, una persona B escucha yresponde, y la persona A recibe dicharespuesta, es de cerca de medio segundo.

A este trayecto que comprende dos enlacesascendentes y descendentes, se le llama“simple salto” o “salto único”.

Los circuitos terrestres entre las estaciones terrenas y sus puntos de origen y

destino también introducen retardo, este retardo adicional puede ser

calculado con la fórmula sugerida por la UIT:

𝑡𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒 = 12 + 0.004 × 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑘𝑚 [𝑚𝑠]

En donde un valor típico promedio es de 30 ms. El coeficiente de 0.004 es

equivalente a una velocidad de propagación de sólo 250,000 km/s, ya que en

los cables las señales viajan a menor velocidad que la de la luz.

EJEMPLO: Cálculo de

radioenlace satelital

Se desea establecer un enlace satelital desde Quito(Ecuador) a Los Ángeles (EE.UU.) por medio delINTELSAT VI, para prestar servicios de banda ancha.

Las portadoras transmiten a (12 GHz/pol. Vertical) para el enlace de Quito, y (14 GHz/pol.Horizontal) para el enlace de L.A.

Estación terrena

(Quito)

𝜃 = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛 [(cos 𝑙𝑎𝑡)(cos ∆𝐿) −

𝑅𝑒ℎ

𝑠𝑒𝑛[𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑠 (cos 𝑙𝑎𝑡 cos ∆𝐿 )]]

𝜃 = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛 [(cos( −0.015))(cos (310° − 281° 30′)) −

6,37842,164

𝑠𝑒𝑛[𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑠 (cos(−0.015) cos(310° − 281° 30′) )]]

𝜽= 69.97°

Φ′ = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎𝑛 ∆𝐿

𝑠𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑡= 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛

𝑡𝑎𝑛(310° − 281° 30′)

𝑠𝑒𝑛( −0.015)

Φ′= -89.96°

Ya que Quito está en el hemisferio sur y al este del satélite

𝜱 =𝟑𝟔𝟎° − 𝜱′ = 𝟐𝟕𝟎. 𝟎𝟒°

Á𝐧𝐠𝐮𝐥𝐨 𝐝𝐞 𝐞𝐥𝐞𝐯𝐚𝐜𝐢ó𝐧

Á𝐧𝐠𝐮𝐥𝐨 𝐝𝐞 𝐚𝐳𝐢𝐦𝐮𝐭

Estación terrena

(Los Ángeles)

𝜃 = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛 [(cos 𝑙𝑎𝑡)(cos ∆𝐿) −

𝑅𝑒ℎ

𝑠𝑒𝑛[𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑠 (cos 𝑙𝑎𝑡 cos ∆𝐿 )]]

𝜃 = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛 [(cos( 34°))(cos (310° − 241° 48′)) −

6,37842,164

𝑠𝑒𝑛[𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑠 (cos(34°) cos(310° − 241° 48′) )]]

𝜽= 9.34°

Φ′ = 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎𝑛 ∆𝐿

𝑠𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑡= 𝑎𝑛𝑔𝑡𝑎𝑛

𝑡𝑎𝑛(310° − 241° 48′)

𝑠𝑒𝑛( 34°)

Φ′= 77.39°

Ya que L.A. está en el hemisferio norte y al oeste del satélite

Á𝐧𝐠𝐮𝐥𝐨 𝐝𝐞 𝐞𝐥𝐞𝐯𝐚𝐜𝐢ó𝐧

Á𝐧𝐠𝐮𝐥𝐨 𝐝𝐞 𝐚𝐳𝐢𝐦𝐮𝐭

𝜱 =𝟏𝟖𝟎° + 𝜱′ = 𝟐𝟓𝟕. 𝟑𝟗°

Rango

Corrimiento por efecto Doppler

Suponiendo una variación del satélite en la ventana de posicionamiento de

0.001 km/seg

Para el enlace Quito-INTELSAT VI

Δ𝑓 =12𝑥109

3𝑥1080.001𝑥103 = 40 𝐻𝑧

Para el enlace L.A.-INTELSAT VI

Δ𝑓 =14𝑥109

3𝑥1080.001𝑥103 = 46.6 𝐻𝑧

Atenuación por

absorción

atmosférica

Atenuación por absorción atmosférica

Para el enlace Quito – INTELSAT VI (12 GHz), Lcenit= 0.0636 dB

Para el enlace L.A. – INTELSAT VI (14 GHz), Lcenit= 0.0791 dB

Sustituyendo en

siendo ϴ el ángulo de elevación de la antena terrestre

La.a Quito-INTELSAT VI = (0.0636 ) csc(69.97°) = 0.0676

La.a L.A. - INTELSAT VI = (0.0791) csc( 9.34° ) = 0.4873

Atenuación por

lluvia

ϒ= 1 dB/km (L.A.)

ϒ= 5 Db/km (Quito)

Atenuación por lluvia

Sustituyendo ϒ en

[D y r0.01] son valores de tablas

Para una disponibilidad r=99.99 %

Pérdidas por lluvia (Quito) = ( 1 dB/km)(3.86 km)(0.778) = 3.003 dB

Pérdidas por lluvia ( L.A.) = (5 dB/km)(5.0641 km)(0.8893) = 22.51 dB