Presentación 1 - Introduccion

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    07-Apr-2015

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rea de Ingeniera

Transmisin de Seales de Radiofrecuencia - Introduccin -

Transmisin de Seales de RF

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rea de IngenieraEl Decibel :

El Decibel es una unidad de medida muy usada en comunicaciones que relaciona dos magnitudes de forma logartmica con base 10. Su ventaja es que poder relacionar medidas de magnitudes muy diferentes: Razn de Potencia 10 100 1000 10000 dB +10 +20 +30 +40 Razn de Potencia 1/10 1/100 1/1000 1/10000 dB -10 -20 -30 -40

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rea de IngenieraEl Decibel :

El decibel describe una relacin o razn. dB = 10 Log (razn) La principal aplicacin es la indicacin de potencias. Relacin Potencia (dB) = 10 Log (P2 / P1) Si el resultado es positivo se tiene una ganancia. Si el resultado es negativo se tiene una prdida.

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rea de IngenieraEl Decibel :

Ejemplos:

1w

dB = ?

2w

dB = 10 Log (2/1) = 10 Log 2 = +3.01029 +3 dB

10 w

dB = ?

1w

dB = 10 Log (1/10) = 10 Log 0.1 = -10 dB

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rea de IngenieraEl Decibel :

Al duplicar una potencia tenemos una ganancia de 3 dB. Al dividir por dos una potencia tenemos una prdida de 3 dB. Al multiplicar por 10 una potencia tenemos una ganancia de 10 dB. Al dividir entre 10 una potencia tenemos una prdida de 10 dB. Estas relaciones bsicas nos permiten hacer operaciones a simple vista. Ejemplos:

10 w

dB = ?

5w

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rea de IngenieraEl Decibel :

Ejemplos:

4w 2w 1w 250 w

dB = ? dB = ? +27 dB -20 dB = ?

40 w 8w ?w ?w

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rea de IngenieraEl Decibel (Unidades Derivadas) :

Para el caso de la potencia utilizamos la siguente frmula: dB = 10 Log (Razn de las Potencias) Pero si quisieramos relacionar voltajes o corrientes debemos derivar las relaciones en base a la potencia. Para el caso del voltaje: dB = 10 Log [(E22 / R) / (E12 / R)] = 20 Log (E2 / E1) Para calcular la relacin de corrientes usamos: dB = 10 Log [(I22 * R) / (I12 * R)] = 20 Log (I2 / I1)Transmisin de Seales de RF 7

rea de IngenieraEl dBm :

Hasta ahora toda la referencia de los dB ha sido en trminos de relaciones o razones de ganancia o prdida. El dB no indica un nmero exacto por s solo, necesitamos saber el valor de entrada o inicial.

1w

+3 dB

2w

El dBm establece la relacin siguiente: 0 dBm = 1 mw Su frmula es: Potencia (dBm) = 10 Log (Potencia en mw / 1 mw)Transmisin de Seales de RF 8

rea de IngenieraEl dBm :

El dBm se puede definir como un nivel de potencia relacionado a 1 mili watt. Es la medida ms usada en mediciones de potencia en comunicaciones. Con el dBm podemos referir cualquier nivel de potencia que deseemos.

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rea de IngenieraEl dBm :

Ejemplos:

1w 0.5 w 1 mw 250 mw

dBm = ? dBm = ? dBm = ? dBm = ?

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rea de IngenieraEl dBw :

Otra medida para las mismas funciones que el dBm es el dBw. A diferencia del dBm el dBw se compara no con 1 mw sino que con 1 w (Watt). Su frmula es la siguiente: Potencia (dBw) = 10 Log (Potencia en w / 1 Watt ) De esta frmula se extrae la siguiente relacin base: 0 dBw = 1 w Ejemplos: 100 Watt = ? dBw 3 Watt = ? dBwTransmisin de Seales de RF 11

rea de IngenieraRelaciones entre el dBm y el dBw :

Partiendo de que 1 w = 1000 mw decimos que:

0 dBw = 1 w = 1000 mw = 10 Log (1000/1) = +30 dBm 0 dBm = 1 mw = 0.001 w = 10 Log (0.001/1) = -30 dBw

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rea de IngenieraEl dBmv :

El dBmv hace referencia a un voltaje mayor o menor a 1 mv en una resistencia de 75 ohmios. Se utiliza mayormente para transmisin de video. Su frmula es: Nivel de Voltaje (dBmv) = 20 Log (Voltaje en mv / 1mv) se debe de tener en cuenta que los voltajes se midan sobre la misma impedancia de 75 ohms.

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rea de IngenieraEl dBi :

Esta unidad se utiliza para expresar la ganancia o prdida en antenas. Se usa como referencia la ganancia de la antena isotrpica. La antena isotrpica es un modelo (no existe fsicamente) en el cual la antena irradia uniformemente en todas las direcciones y tiene una ganancia o prdida de 0.

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rea de IngenieraEl dBd :

El dBd sirve de referencia para la ganancia o prdida de antenas respecto a la antena dipolar (dipolo). La antena dipolar tiene una ganancia de 2.15 dB sobre una antena isotrpica. Es decir; 0 dBd = +2.15 dBi

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

Sumar decibeles equivale a multiplicar razones de potencia.

1w

G1 = ?

10 w

G2 = ?

20 w

G1 = 10w / 1w =10 G2 = 20w / 10w = 2 Gt = G1 * G2 = 20 G1 dB = 10 Log 10 = 10 dB G2 dB = 10 Log 2 = 3.01 dB Gt dB = G1 + G2 = 13 dBTransmisin de Seales de RF 16

rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia : 1 w = 0 dBw

0 dBw

+10 dB

? dBw

+3 dB

? dBw ? wt

PdB1 = 0 + 10 = 10 dBw PdB2 = 10 + 3.01 = 13.01 dBw 13 dBw = 10 Log wt Log wt = 13.01 / 10 wt = 101.301 = 19.99 w

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

Si se van a sumar dos o ms cantidades iguales en decibeles (dBm, dBw, etc.) la resultante es igual a:

+30 dBm +30 dBm

Combiner

+33 dBm

Suma = Cifra en dB + 10 Log (Cant. Veces) Suma = 30 dBm + 10 Log 2 = +33 dBm

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

Si se van a sumar dos o ms cantidades diferentes en decibeles (dBm, dBw, etc.) se pueden utilizar dos mtodos: - Convirtiendo a w, mw, mv, etc. y luego operarlos. - Usando tabla. Ejemplo: Sumar 4 dBm y 7 dBm 4 dBm = 10 Log x Log x = 4 / 10 x = 104/10 = 2.511886 mw

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

7 dBm = 10 Log y Log y = 7 / 10 y = 107/10 = 5.01187 mw

Total = x + y = 7.5238 mw

Total dbm = 10 Log 7.5238 = 8.76435 dBm

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

Usando la tabla: 7 dBm y 4 dBm Se resta el # menor del mayor. 7-4=3 Se suma el # mayor al valor indicado en la tabla. Segn la tabla Sumar 1.8 a la cifra mayor +8.8 dBm

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rea de IngenieraAritmtica de Niveles de Potencia :

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rea de IngenieraRuido Trmico :

Se produce por el movimiento aleatorio de los electrones. Caracterizado por una distribucin uniforme en el espectro de frecuencias. Todo elemento est sujeto a este tipo de ruidodado que su temperatura supere los 0K. Es directamente proporcional al ancho de banda y a la temperatura. En 1 Hz decimos que: Pn = k*T (W/Hz) donde k es la constante de Boltzman, 1.3803x10-23 j/k T = temperatura en KTransmisin de Seales de RF 23

rea de IngenieraRuido Trmico :

Para un sistema con un ancho de banda especfico: Pn = kTB (W) donde B es el ancho de banda en Hz. Ejemplo: Un receptor con una temperatura de ruido efectiva de 100k y ancho de banda de 10 MHz. Cul es el ruido trmico de salida? Pn = -138.6 dBw.

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rea de IngenieraRazn Seal a Ruido :

La razn seal a ruido expresa en decibeles la cantidad en la cual el nivel de la seal sobrepasa el del ruido. Cada servicio, equipo o sistema tiene un requerimiento mnimo de lo que sera aceptable para funcionar correctamente. Ej, Voz 30 dB Video 45 dB Data 15 dB La frmula en dB sera: (S/N)db= Nivel de Seal (dB) - Nivel del Ruido (dB)Transmisin de Seales de RF 25

rea de IngenieraLa Expresin Eb/N0 :

Esta expresin indica el nivel de seal recibido por bit por Hertz de ruido termal. Eb/N0 = C / kT (bit rate) donde C = Nivel de seal recibido (RSL) bit rate = bits / seg Es una medida ms conveniente para sistemas de transmisin digitales en muchos casos. Ej: Convertir frmula a dBTransmisin de Seales de RF 26

rea de IngenieraNoise Figure :

Est establecido que todos los componentes de una red, ya sean pasivos o activos contribuyen a la creacin de ruido. El Noise Figure es una medida que establece el ruido producido por un componente en la prctica comparado con uno ideal. Se define como: NF = (S/N) in / (S/N) out Si definimos a : G = Ganancia de la red = S out / S in entonces NF = N out / kTBG ya que N0 = kTB.

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rea de IngenieraNoise Figure :

Ejemplos: Considere un receptor con NF de 10 dB, S/N = 50 dB de salida. Cul es el S/N de entrada? (S/N) in = 60 dB

Calcule el ruido termal de temperatura ambiente (17C o 290K) Pn = KTBGNF (w)

este

receptor

a

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rea de IngenieraRelacin entre el Noise Figure y la Temp. de Ruido :

La temperatura de ruido es el ruido trmico que un componente suma a un sistema. Si el componente est conectado a una fuente libre de ruido, su temperatura de ruido es: Te = Pne / GkB donde G = Ganancia B = ancho de banda especificado Pne = ruid trmico del componente Te = Temperatura equivalente

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rea de IngenieraRelacin entre el Noise Figure y la Temp. de Ruido : La temperatura de ruido y su Noise Figure se relacionan de la siguiente manera: NF = 1 + (Te / To) To = temperatura ambiente Despejando Te = To (NF-1) Ej.: Un receptor tiene una temperatura equivalente de 290k. Halle el NF. Resp. NF = 3 dB

donde

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rea de IngenieraAntenas :

Es la parte de los sistemas de transmisin o recepcin que es capaz de irradiar o recibir ondas electromagnticas. Su funcionamiento se basa en el hallazgo de James C. Maxwell de que una carga elctrica en movimiento genera radiaciones electromagnticas las cuales se propagan por el espacio a la velocidad de la luz. Una onda electromagntica tiene dos componentes ortogonales; un campo elctrico y otro magntico. Estos campos se pueden considerar senoidales perpendiculares, ambos normales a la direccin de propagacin. El campo elctrico interacta con el magntico, un campo variante de cada uno produce un campo variante del otro.Transmisin de Seales de RF 31

rea de IngenieraAntenas :

Las magnitudes de los vectores de estos dos campos son iguales y tienen la misma fase. El perodo de esta onda es el tiempo que le toma en volver a repetirse. T=1/f donde f es el nmero de ciclos en un segundo (hertz). La longitud de onda es la distancia entre dos perodos de la misma fase. Esta depende del medio sobre el cual viaje la onda.

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rea de IngenieraAntenas :

Su frmula es: =v/f donde v es la velocidad de propagacin en m/s. La velocidad de propagacin puede ser expresada: v=1/( . donde es la permitividad, es la permeabilidad.Transmisin de Seales de RF

)

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rea de IngenieraAntenas : =k* donde es la permitividad del espacio libre = 8.854x10-12 F/m k es la permitividad relativa, en el aire = 1o o

,

= km * dondeo

o

,

es la permeabilidad del espacio libre = 1.257x10-6 H/m km es la permeabilidad relativa y depende del material, Aluminio = 1.00000065

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rea de IngenieraAntenas :

Todos los medios dielctricos estn especificados en trminos de permeabilidad y permitividad. Estos trminos estn relacionados con las inductividad y la capacitividad, respectivamente. En el vaco v=1/( . ) = 3x108 m/s = c = velocidad luz

En el aire las caractersticas son muy similares a la del vaco. La Polarizacin indica el plano en que se dirige el vector del campo elctrico.

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rea de IngenieraAntenas :

Densidad de potencia, una onda electromagntica transporta energa, la cual puede ser representada como una densidad de potencia Pd en watts / m2 . Las antenas son elementos pasivos y por definicin no amplifican la seal. Lo que hacen las antenas es que dirigen las ondas y la hacen ms fuerte en una direccin.

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rea de IngenieraAntena Isotrpica :

La antena isotrpica irradia las ondas electromagnticas uniformamente en todas las direcciones, como una esfera. Tiene ganacia de 0 dB, o un factor de multiplicacin 1. Sobre esta antena es que se calculan las ganancias de las antenas y se miden an base a los dBi. dBi = 10 log P/Pi donde P es la densidad de potencia de la antena Pi es la densidad de potencia de la antena isotrpica

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rea de IngenieraPotencia Efectiva Irradiada Isotrpicamente (EIRP): EIRP es una herramienta que describe el desempeo de un sistema de transmisin. En un sistema principales: de transmisin existen 3 componentes

- El transmisor. - La Antena. - La lnea de transmisin o gua de ondas. El EIRP (dBw) = Pt + Gant - LL donde Pt es la potencia de transmisin en dBw Gant es la ganancia de la antena en dBi LL es la prdida de la lnea de transmisin en dBTransmisin de Seales de RF 38

rea de IngenieraPotencia Efectiva Irradiada Isotrpicamente (EIRP): Tambin se puede escribir esta frmula en dBm: La EIRP (dBm) = Pt + Gant - LL donde Pt es la potencia de transmisin en dBm Gant es la ganancia de la antena en dBi LL es la prdida de la lnea de transmisin en dB

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rea de IngenieraRelacin Longitud de Onda - Frecuencia:

Dada la frecuencia de una onda podemos calcular su longitud de onda y viceversa en el vaco: f. donde f es la frecuencia en hertz es la longitud de onda en metros = 3 x 108 m/s

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Prctica #1: Libro Roger Freeman, Captulo #1. Ejercicios: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 21, 27, 29, 33, 34, 36

Leer Captulos #2 y #3 W. G. Rees: Physical Principles of Remote Sensing

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