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Cálculos del trayecto radioeléctrico - Contenido educativo

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Subido el 12 de diciembre de 2022 por Pedro Luis P.

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Diversos ejercicios de cálculo sobre la geometría de un trayecto radioeléctrico.

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Altura mínima de las antenas. 00:00:00
Una vez que conocemos los conceptos y magnitudes que intervienen en la geometría del trayecto 00:00:13
radioeléctrico, vamos a definir también algunos indicadores que nos van a ayudar a 00:00:18
determinar la calidad o la fiabilidad de un enlace. 00:00:24
En este sentido definimos grado de despejamiento a la relación que existe entre la distancia 00:00:30
que queda entre el rayo cuando pasa por un punto y el obstáculo dominante, concretamente 00:00:37
a esta magnitud, esta magnitud de aquí, la relación que existe entre esta magnitud 00:00:44
que normalmente se le llama despejamiento o en inglés clearance, por eso lo representamos 00:00:51
con la letra C. 00:00:56
Pues decíamos que el grado de despejamiento es la relación entre esta C y el primer radio 00:00:58
de Fresnel para ese mismo enlace, es decir, este enlace en una frecuencia determinada 00:01:04
con unas distancias determinadas ds1 y ds2 también tendrá un radio de la zona de Fresnel 00:01:09
en este punto que vamos a comparar con el clearance que dejamos en este punto y esa 00:01:17
relación es lo que llamamos grado de despejamiento, porque no es lo mismo para una frecuencia 00:01:23
determinada un despejamiento pequeño que supongamos que es mucho más pequeño que 00:01:29
la zona de Fresnel en otra frecuencia, así que hay que comparar estas dos magnitudes 00:01:34
en cualquier radioenlace. 00:01:40
Es importante establecer la altura a la que deben situarse las antenas ya que conociendo 00:01:43
este dato podremos determinar qué tipo de torre y qué altura tiene que tener antes 00:01:49
de instalar los sistemas de radiocomunicación. 00:01:54
El procedimiento para evaluar esta altura mínima a la que se deben situar las antenas 00:01:59
según las recomendaciones de la UITR pues está recogido en este informe que vamos a 00:02:05
explicar. 00:02:12
El procedimiento consiste primero en determinar la altura a la que es necesario situar las 00:02:13
antenas para mantener un despejamiento de la zona de Fresnel completa, la primera zona 00:02:18
de Fresnel completa, uno por la zona de Fresnel, pero eso sí utilizando el K estándar o el 00:02:26
K K cuatro tercios. 00:02:33
Esta sería la primera determinación que tenemos que hacer, calculamos a qué altura necesitamos 00:02:35
de torre para garantizar en el trayecto concreto el despejamiento de la zona completa de Fresnel 00:02:40
con el K cuatro tercios. 00:02:48
Segunda parte, ahora lo que vamos a hacer es evaluar qué valores de K puede tomar en 00:02:51
este vano, en este trayecto concreto, para lo cual la UITR nos facilita esta gráfica 00:02:57
que nos va a indicar el K mínimo, el K mínimo que podemos obtener en función de la distancia 00:03:03
del vano, es decir, que habrá vanos que sean, por ejemplo, vamos a suponer de 50 kilómetros 00:03:09
donde el K mínimo solamente puede ser de 0,8, el K va a disminuir como mínimo, aunque 00:03:17
sea estadísticamente, una vez al día, en ocasiones hasta 0,8, y en cambio para un trayecto 00:03:22
más pequeño, por ejemplo de 20 kilómetros, el K mínimo puede llegar a valer 0,57, por 00:03:29
ejemplo, según esta gráfica. 00:03:38
Bien, en cualquier caso, conocida la distancia del vano, nosotros determinaremos cuál es 00:03:39
el valor del K mínimo, y a partir de ahí hacemos este segundo cálculo que nos propone 00:03:44
la UITR, que es volver a calcular la altura de las antenas, pero ahora en lugar de dejar 00:03:49
un despejamiento de la zona completa de Fresnel, vamos a dejar solamente un despejamiento del 00:03:55
0,6 de la zona de Fresnel, pero eso sí, en lugar de utilizar el K cuatro tercios, 00:04:01
que era un K mayor que 1, vamos a utilizar un K, el K mínimo para ese vano concreto, 00:04:08
que habremos previamente mirado en la gráfica, y que será un valor menor que 1 y que hará 00:04:14
que se eleven o que se aumente el tamaño de los obstáculos vistos desde los extremos. 00:04:21
Sabíamos que era el abombamiento de la Tierra por un K menor que 1. 00:04:26
Bueno, como consecuencia de esto, determinaremos otras alturas mínimas de las antenas. 00:04:31
Habíamos visto las alturas mínimas que obteníamos con la hipótesis A, y ahora obtenemos las 00:04:37
alturas mínimas con la hipótesis B. 00:04:43
Pues lo que dice la UITR es que debemos coger las alturas mayores que resulten de estos 00:04:45
dos cálculos. 00:04:50
Si este nos da una altura de 20 metros, si este nos da una altura de 25, tomaremos 25. 00:04:52
Si este nos da una altura de 15 y este nos da una altura de 10, pues nos quedamos siempre 00:04:57
con el más alto. 00:05:04
Utilizar la mayor altura. 00:05:07
Valoración y medición de obstáculos lejanos. 00:05:09
Si al examinar un perfil, un trayecto, durante los trabajos de instalación o en los trabajos 00:05:13
previos de replanteo, se aprecia que puede existir un obstáculo que nos va a delimitar 00:05:18
o nos va a definir la altura mínima de las antenas, es necesario medir este obstáculo. 00:05:24
Para medirlo, uno de los procedimientos que se utiliza continuamente en las instalaciones 00:05:29
radioeléctricas es el método de la rasante óptica. 00:05:35
Vamos a describir en qué consiste este método. 00:05:39
El método consiste en hacer destellos de luz solar con un espejo para que sean vistos 00:05:43
en el otro extremo, de tal manera que uno de los técnicos que participan en la instalación 00:05:49
haría destellos desde el punto B a una altura determinada en torre, que llamamos T sub B, 00:05:55
y estos destellos serían vistos en el otro extremo a una determinada altura por otro 00:06:01
técnico. 00:06:06
El técnico del lado A va a ir descendiendo por la torre hasta que en un momento determinado 00:06:07
empiece a dejar de ver los destellos. 00:06:13
En este punto, que es el punto donde puede ver los destellos, deja de ver los destellos, 00:06:16
es el punto que está enrasado ópticamente entre los destellos que se envían desde el 00:06:22
punto B hasta el punto A y que pasan rasantes por el obstáculo justo por el límite superior 00:06:27
del obstáculo. 00:06:34
En este punto se hacen las medidas de las alturas T sub A y T sub B y estamos en condiciones 00:06:35
de aplicar una sencilla geometría que nos va a permitir calcular cuánto vale este obstáculo. 00:06:41
Para lo cual, fíjense que aquí hemos establecido un triángulo, que es el triángulo B A O, 00:06:47
que es semejante al triángulo B M N. 00:06:56
Por lo tanto, estableciendo una semejanza de triángulos entre los segmentos y los lados 00:07:00
del triángulo, el lado AO dividido entre el lado MN del otro triángulo es lo mismo 00:07:05
que dividir este cateto, el lado OB, entre el lado NB. 00:07:13
Por lo tanto, aplicamos esta ecuación y sustituimos por los valores de alturas, la curvatura de 00:07:18
la Tierra, la cota del punto y el segmento MN que podremos calcular despejando de una 00:07:25
ecuación. 00:07:32
Con todos estos datos conocidos, como es el radio de la Tierra y también el K, pero 00:07:33
en esta ocasión hay que tener en cuenta que igual que en los sistemas de radio habíamos 00:07:40
hablado del K estándar de 1,33 o el K cuatro tercios o el valor de K mínimo, en el caso 00:07:45
de la luz, en el caso de los destellos ópticos que hacemos desde un extremo hasta el otro, 00:07:54
el K de la luz que tenemos que aplicar siempre en las fórmulas es un valor de 1,18 que es 00:08:00
el valor que toma la luz cuando se refracta en su recorrido por la atmósfera. 00:08:06
Bueno, como tenemos todos los datos conocidos, solamente se trata de despejar la X y no nos 00:08:14
olvidemos que la X es la cota de este obstáculo, descontando ya un poco la elevación de la 00:08:19
atmósfera. Esta es la cota verdadera del terreno o del terreno más los árboles o 00:08:26
algún edificio que es lo que está impidiendo la consolidación del enlace. Una vez que 00:08:31
conozcamos la cota, la cota X, pues iremos a los cálculos anteriores y volveremos a 00:08:36
determinar la altura de las antenas, pero ya utilizando el K de la radio y las condiciones 00:08:42
de propagación radioeléctrica. 00:08:48
Esquemas de orientación y alzado de torre, posición relativa torre-edificio. Entre la cartografía 00:08:50
y la documentación que encontraremos en los sistemas de radiocomunicación es muy frecuente 00:08:57
el manejar este tipo de planos o esquemas. Uno de ellos es el diagrama en planta de la 00:09:02
ubicación o de la posición relativa torre-edificio y otro es el alzado de torre. Vamos a explicar 00:09:09
un poco en qué consisten estos dos esquemas tan utilizados. El primero de ellos es una 00:09:16
representación de la torre y de los edificios o los contenedores donde se alojan los equipos. 00:09:21
Hay que tener en cuenta que la comunicación entre el equipo y la antena tiene que recorrer 00:09:29
este recorrido horizontal y luego tendrá que recorrer un recorrido vertical. Lo más 00:09:33
importante de este diagrama es que esté representado el norte geográfico, referenciado a una de 00:09:38
las caras de la torre, porque esto nos ayudará a conocer la antena que tenemos que instalar 00:09:44
y que tiene, por ejemplo, una dirección determinada hacia una estación que se llama Pría y que 00:09:51
por ejemplo tiene un azimut. El azimut es el ángulo que forma la dirección de propagación 00:09:56
con el norte geográfico. Así que si el norte geográfico coincide con esta cara de la torre, 00:10:02
está claro que nosotros vamos a tener que salir por la otra cara porque ya son casi 00:10:07
90 grados. En todo caso, esto nos permite determinar si hay alguna otra antena que 00:10:13
pudiera tropezar y cuál sería o qué altura debemos colocar esta antena para esta instalación. 00:10:19
En el alzado de torre es también muy importante señalar que están marcadas las plataformas 00:10:26
de trabajo y las plataformas de descanso por las cuales tienen que discurrir parte de los 00:10:32
cables o parte de los equipos que trabajan con alguna de las antenas. También en todas 00:10:37
las indicaciones, además de la altura en la que está situada la antena, por ejemplo, 00:10:42
esta antena está situada a seis metros, es una antena de 0,3 de diámetro y corresponde 00:10:46
a un equipo determinado y funciona con la dirección de Pría, o sea, es la misma representación. 00:10:52
Esta es la representación en horizontal del enlace que va hasta Pría y esta es la representación 00:10:59
en vertical. El conocimiento y el dato que se puede obtener de este alzado de torre es 00:11:04
fundamental para saber cuál es el recorrido vertical de los cables y poder calcular cuánto 00:11:10
va a ser la atenuación. Sumando el recorrido vertical más el recorrido horizontal podemos 00:11:15
determinar exactamente cuántos metros de cable vamos a necesitar y cuál va a ser la 00:11:22
atenuación para hacer el balance energético de los enlaces. 00:11:26
Plano de ruta. 00:11:30
Otra de las representaciones cartográficas características de las instalaciones radioeléctricas 00:11:33
es el denominado plano de ruta, particularmente los radioenlaces punto a punto. Vemos aquí 00:11:38
en la diapositiva una hoja de ruta o plano de ruta. Veamos un poco qué datos nos aporta, 00:11:44
que prácticamente son casi todos los más importantes del enlace. Por ejemplo, en este 00:11:50
caso que es un radioenlace punto a punto entre la estación de Llovio y la estación de Pría, 00:11:54
pues vemos que tenemos las coordenadas de cada uno de los emplazamientos, longitud y latitud, 00:12:00
la altura sobre el nivel del mar de cada uno de los emplazamientos, el municipio al 00:12:07
que pertenecen, el pire en el que salen las instalaciones, el pire ya sabían que es la 00:12:11
suma de la potencia en la salida del transmisor más la ganancia de la antena. El tipo de 00:12:18
antena que vamos a utilizar en cada uno de los terminales, cuál es su diámetro y cuál 00:12:24
es la ganancia y la apertura de haz que tienen estas antenas, con lo cual tenemos una visión 00:12:30
casi completa del enlace. Además de eso, nos va a decir a qué altura en la torre están 00:12:35
situadas estas antenas y cuál es el ángulo de elevación de las antenas. En las siguientes 00:12:40
diapositivas hablaremos un poco más de este ángulo de elevación. Por supuesto, también 00:12:47
nos indica en varios sitios del plano de ruta cuáles son las frecuencias que están utilizando 00:12:52
en el enlace. Y la polarización, no nos olvidemos de la polarización porque aquí esta h que 00:12:58
hay aquí se corresponde con la polarización horizontal. Por ejemplo, en este enlace la 00:13:03
estación de llovio transmite con la frecuencia 23023, es un radioenlace en la frecuencia 00:13:09
en la banda de 23 gigaherzios, con la polarización H. Y el extremo distante, lógicamente no 00:13:16
puede transmitir con la misma frecuencia y utiliza la subbanda baja. Si este utilizaba 00:13:23
la subbanda alta de 23, este utiliza la subbanda baja de 22, que es, digamos, la pareja para 00:13:28
este tipo de enlaces según la canalización normalizada de 23 gigaherzios. Bien, también, 00:13:34
por supuesto, utiliza la polarización H. Otros datos relevantes que están en el plano 00:13:41
de ruta son, por ejemplo, el azimut. El azimut es el ángulo que forma la dirección de propagación 00:13:45
con el norte geográfico y también, por supuesto, la distancia que tiene el trayecto, es decir, 00:13:51
la distancia en kilómetros que hay desde el punto, desde un extremo hasta el otro extremo 00:13:58
del enlace. En definitiva, con el plano de ruta, el alzado de torre que hemos visto anteriormente 00:14:02
y la posición relativa a torre, tenemos el 99,9% de los datos para poder hacer una instalación 00:14:09
y analizar un poco cuál es la problemática. Ángulo de elevación. Cálculo. Como hemos 00:14:17
visto en las diapositivas anteriores, tanto en el alzado de torre como en el plano de 00:14:24
ruta de los radioenlaces punto a punto, aparece el ángulo de elevación de las antenas. El 00:14:32
ángulo de elevación de una antena es el ángulo inclinado. ¿Por qué hay este ángulo 00:14:36
inclinado? Bien, si queremos enlazar dos antenas en el espacio y una de ellas está más elevada 00:14:42
que otra, contando entre elevación la cota del suelo más la cota de la torre, está claro que 00:14:49
ambas antenas tendrán que tener una cierta inclinación para que estén enfrentadas o apuntadas 00:14:56
una con respecto a la otra. Para hacer los cálculos y averiguar cuál es este ángulo de elevación hay 00:15:01
que tener en cuenta unas consideraciones que no nos lleven a engaño. En primer lugar hay que 00:15:07
decir que hay que hacer este cálculo teniendo en cuenta la elevación de la Tierra. La Tierra no es 00:15:14
plana y si vamos a trabajar con distancias superiores a los 6 o 7 kilómetros vamos a tener 00:15:20
necesariamente que considerar la curvatura de la Tierra. Así que en este cálculo también vamos a 00:15:27
considerar la curvatura de la Tierra. Pero tengan en cuenta que a diferencia de los otros cálculos 00:15:32
que hemos hecho antes, como el cálculo de alturas o el cálculo de la rasante óptica, donde para 00:15:37
hacer estos cálculos considerábamos la elevación de la Tierra en el medio del vano y los extremos 00:15:43
estaban sin elevación, ninguno de los dos, esto era lo que sucedía en los dos cálculos anteriores, 00:15:49
en cambio para hacer el cálculo del ángulo de elevación el dibujo que corresponde es este otro, 00:15:55
en el cual el terminal sobre el cual queremos calcular el ángulo de elevación, el ángulo de 00:16:01
elevación en este caso sería un ángulo negativo, un ángulo alfa, pues para calcular este ángulo alfa 00:16:07
tenemos que situar la antena donde se situaría un observador que es en el punto más elevado de la 00:16:13
Tierra. Por lo tanto toda la curvatura de la Tierra se la asignamos a este terminal mientras que al 00:16:19
otro terminal no le asignamos ningún tipo de curvatura de Tierra. Toda la curvatura de la 00:16:25
Tierra del vano correspondiente, este valor que llamaremos la flecha Vx, se la sumamos aquí a la 00:16:31
cota del terreno y a la cota de la altura en torre de la antena que queremos calcular su ángulo de 00:16:38
elevación o su ángulo de inclinación. Esto es importante porque si no nos llevaría a engaño. 00:16:45
¿Cómo podemos saber exactamente cuál es el valor de la flecha? Para calcular el valor de la flecha 00:16:51
antes, en el caso anterior, el valor de la flecha sabíamos que en un punto intermedio x, el vano 00:16:57
tenía una distancia d-x, lo que hacíamos era aplicar 1 partido por 2k, siendo el k de la radio 00:17:04
el que utilicemos, el k cuatro tercios, el radio de la Tierra que multiplicaba a la combinación 00:17:11
de distancias x por d-x. En el punto quilométrico x pondríamos un valor y esta flecha tendría un 00:17:18
determinado valor. En este caso la flecha que corresponde es la total del vano, por lo tanto los 00:17:25
valores x y d-x son igual que la distancia d y por lo tanto nos queda que el valor de la flecha 00:17:31
que tenemos que asignar para este cálculo es d cuadrado partido por 2k r sub cero, siendo k, la 00:17:38
misma k que teníamos antes, el k estándar de la Tierra, podría ser cuatro tercios y el radio de 00:17:45
la Tierra que es 6.380 kilómetros. En un anexo posterior haremos una explicación más detallada 00:17:50
de cómo se hace este cálculo y algún otro que hemos visto. La diapositiva nos muestra un perfil 00:17:59
radioeléctrico de un trayecto, es un trayecto real, en el que tenemos representado la topografía 00:18:05
del terreno en el cual vemos que la estación A es más alta que la estación B y por lo tanto tiene 00:18:12
que haber un ángulo de elevación negativo hacia descendente y a su vez en la estación B, 00:18:19
como tiene una cota inferior, pues el ángulo de elevación será un ángulo positivo o hacia el 00:18:27
cenit. Si nos fijamos detalladamente en el perfil veremos que en este apartado de aquí aparece lo 00:18:34
que serían los ángulos de elevación. El ángulo de elevación de A hacia B nos dice que es menos 1,8 00:18:43
mientras que el ángulo de elevación entre B y A es un ángulo positivo y es de un grado y cuatro 00:18:49
minutos. Vemos que no es el mismo, es decir, que por qué en este extremo, si las dos antenas están 00:18:56
enfrentadas, debería ser o no el mismo ángulo, en este caso negativo, y en este ángulo positivo. 00:19:05
La razón es por lo que hemos visto en la diapositiva anterior, que al hacer el cálculo para calcular 00:19:13
el ángulo vertical o el ángulo de elevación en este punto, tendremos que considerar la elevación 00:19:18
de la tierra en este punto y cuando vayamos a hacerlo desde este otro, quitaremos esta elevación 00:19:24
de la tierra y habrá que poner la elevación de la tierra en este otro extremo, en el extremo en el 00:19:30
que estamos calculando el ángulo de elevación, con lo cual no son recíprocos y estos ángulos no 00:19:35
son uno igual que el inverso del otro. En todo caso, estas apreciaciones o estos matices de 00:19:41
los cálculos, tanto en el cálculo de alturas como en el cálculo de la rasante óptica o 00:19:47
cálculo de los ángulos de elevación, van a disponer de unos anexos en el que van a tener 00:19:54
una metodología de cómo aplicarlo para los problemas. 00:20:00
Subtítulos realizados por la comunidad de Amara.org 00:20:05
Idioma/s:
es
Autor/es:
Pedro Luis Prieto
Subido por:
Pedro Luis P.
Licencia:
Dominio público
Visualizaciones:
57
Fecha:
12 de diciembre de 2022 - 19:24
Visibilidad:
Público
Duración:
20′ 30″
Relación de aspecto:
4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
Resolución:
1024x768 píxeles
Tamaño:
63.05 MBytes

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