Mediciones Propagación en túneles

Mediciones Propagación en túneles  Se establece los niveles de  potencia de recepción  esperados en un túnel de  una mina subterránea de  cobre, compr

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Mediciones Propagación en túneles  Se establece los niveles de  potencia de recepción  esperados en un túnel de  una mina subterránea de  cobre, comprobándose la  factibilidad de transmitir  información a 2,45 GHz. 

TX RX 

10 

Potencia recibida [dBm] 





­5 

­10 

­15 

­20  0 

20 

20/11/2008 

40 

60  80  Distancia RX [metros] 

100 

120 

140 

Universidad Técnica  Federico Santa María 



Mediciones Propagación en túneles  Se procura determinar si es posible  realizar transmisiones de paquetes  de gran envergadura (1,5 kBytes)  hacia y desde un vehículo en  movimiento en un túnel a 2,45 GHz

RX  TX 

10 



Potencia [dbm] 

­10 

­20 

­30 

­40 

­50 

­60  0 

500 

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1000 

1500  2000  Tiempo [seg] 

2500 

3000 

3500 

Observación:  1.  El análisis del registro señala  que el tiempo de coherencia  es superior a 0,6  seg para el  criterio del 70% de disminución  de la autocovarianza.  2.  Esto es un orden de magnitud  superior al tiempo que demora  transmitirse el paquete de  mayor tamaño a la tasa más  baja de WiFi.  3.  En consecuencia, es posible  transmitir información de video  con sistemas WiFi operando a  2,45 GHz.  Universidad Técnica  Federico Santa María 



Cable radiante  •  El cable coaxial radiante es conveniente  para usar en ambientes cerrados o de difícil  acceso, como túneles, trenes subterráneos  e interior de edificios.  •  El cable tiene hendiduras en su conductor  externo que permiten una dispersión  controlada y distribución uniforme de la  señal de radiofrecuencia.  •  Puede ser usado para transmitir y recibir  señales electromagnéticas. El producto  actúa como una antena continua, propaga  la señal sin variaciones de niveles y elimina  las “zonas muertas” causadas por multi­  recorridos.  •  El ancho de banda ancha varía de 30 MHz  a 2,4 GHz, por lo que permite ejecución de  varios servicios simultáneos.  •  Debido a la rápida atenuación de la señal  radiada, se confina la señal 20/11/2008 

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Pérdidas de Acoplamiento o “Coupling  Loss” (CL)  P cable 



P recibida

Receptor  Móvil 

æ P cable  ö ÷÷ CL = 10 log 10 çç è P recibida  ø

•  Es un parámetro dado por el fabricante.  •  No suelen especificar las condiciones en que se midió.  •  Depende de diversos factores (tipo de cable utilizado,  posición de montaje, ambiente de instalación, etc)

20/11/2008 

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Pérdidas de Acoplamiento o “Coupling  Loss” (CL)  •  La  definición  de  “Coupling  Loss”  requiere  especificaciones  adicionales.  •  Dependiendo  de  la  polarización  de  la  antena  receptora  (en  nuestro  caso  un  dipolo  de  media  onda),  podemos  hablar  de  “Coupling  Loss  Fraccional” horizontal (CL z ), vertical (CL x ), o radial (CL y ).  •  Para nuestro trabajo definimos un “Coupling Loss Total” dado por 

æ Prx + Pry + P rz  ö LC tot  = -10 log çç ÷÷ P0  è ø

20/11/2008 

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Tipos de cable considerados en este análisis  z 

z  Carga 

Carga 









Tipo A  Tipo A 

Tipo B  Tipo B 

(a) 

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Carga 





Entrada  Onda Viajera 



(b)  Entrada  Onda Viajera 

Tipo C  Tipo C  (c) 

Entrada  Onda Viajera 

Es posible modelar  adecuadamente el  comportamiento  radiante del cable? Universidad Técnica  Federico Santa María 



Modelo cable coaxial radiante  x 



fn qn 



z=l c 

l s 

z

r n 



M  A R  z



60 P0 (1 - hn ) n -1 G n (q , f )  ­j[ b c ( n -1) ls + b r n ]  ­a (n ­1). l  s  E n (q , f ) =  e e  c

rn 





p l p p E ( q , ) G F ( q , PR (q n , ) = å n n 2 R max  R n  2 )  4pz o  n =1  2  20/11/2008 



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Cable Tipo C, con Jacket, en espacio libre  Diagrama de Radiación de Potencia Normalizado, a 900 MHz, en [dB] Diagrama de Radiación de Potencia Normalizado, a 900 MHz, en [dB] 

Plano XY (q Plano XY (q = 90º)  = 90º)  20/11/2008 

Plano YZ (f Plano YZ (f = 90º)  = 90º)  Universidad Técnica  Federico Santa María 



Trozo de cable en el espacio libre  •  No se observó una influencia importante del tipo  de  slot  ni  de  la  presencia  de  jacket  en  el  diagrama de radiación del trozo de cable.  •  La  eficiencia  de  los  cables  de  tipo  A  es  mucho  mayor a la de los otros dos tipos. Eso se explica  por la mayor área de cada slot.  •  El  modelo  permite  un  buen  ajuste  a  los  datos  entregados por ANSOFT HFSS.

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Trozo de cable frente a una pared  conductora perfecta  •  Se  simuló  un  trozo  de  cable  coaxial  radiante de un largo correspondiente a 17  slots ubicado cerca de un muro conductor  perfecto.  •  Largo total: 8.316 [cm]  •  Frecuencia: 900 [Mhz]  •  Distancias  consideradas  entre  el  cable  y  el muro.  –  –  –  –  –  – 

d 1  = 1[cm]  d 1  = 2,083 [cm] (l/16)  d 1  = 4,167 [cm] (l/8)  d 1  = 8,3333 [cm] (l/4)  d 1  = 10 [cm]  d 1  = ¥ (Sin Muro)

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10 

Orientación de las ranuras de radiación.  Slots orientados en el eje x  Slots orientados en el eje x 

Slots orientados en el eje y  Slots orientados en el eje y 





d 1 

d 1  y 



d 1  = l/8,  Orientación y

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11 

Radiación Frente a pared conductora  Plano XY (q Plano XY (q = 90º)  = 90º) 

Plano YZ (f Plano YZ (f = 90º)  = 90º) 





d 1 

d 1  y 



•  No se observó una influencia  importante desde el punto de  vista práctico de la orientación  de los slots con el respecto a la  pared.  •  A medida que el trozo de cable  se aleja del muro conductor  perfecto, su diagrama de  radiación tiende al del cable sin  muro.  •  El modelo propuesto permite un  buen ajuste a los datos  entregados por ANSOFT HFSS. 20/11/2008 

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12 

Mediciones en un trozo de cable coaxial  radiante de largo l/4  •  Antena Receptora: 

•  Elemento de Cable  –  –  –  – 

–  –  –  – 

Tipo: Modelo Ansoft  Altura : 1,00 [m].  Eficiencia: ­30 [dB]  Directividad: 1,88 [dB] 

Tipo: Dipolo de media onda  Altura : 1,00 [m].  Eficiencia: ­0,51 [dB]  Directividad: 2,15 [dB] Al analizador  de espectros 

Desde el  generador de  H  señal 

q

H  Frecuencia: 900 [Mhz].  Frecuencia: 900 [Mhz].  L

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Comparación Teoría­Mediciones  Comparación Teoría­Mediciones  y 





­100  ­90  ­80  ­70  ­60  ­50 

Promedio de Mediciones  Ansoft + Ec. Friis 

Distancia antena al cable: 1.5 [m]  Distancia antena al cable: 1.5 [m]  Plano XY  Plano XY  Potencia sin Enlace: 4,4 [dBm]  Potencia sin Enlace: 4,4 [dBm] 

20/11/2008 



­100

­90  ­80  ­70  ­60  ­50 

Promedio de Mediciones  Ansoft + Ec. Friis 

Distancia antena al cable: 1.0 [m]  Distancia antena al cable: 1.0 [m]  Plano YZ  Plano YZ  Potencia sin Enlace: 6,4 [dBm]  Potencia sin Enlace: 6,4 [dBm] 

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Mediciones en un cable coaxial  radiante. Cable Coaxial Radiante RADIAX RXL 4­1  Largo 10 [m], terminado en un carga adaptada de 50[W] 6,0 [m] 

5,0 [m] 

4,0 [m] 

0,5 [m] 

1,0 [m] 

2,0 [m] 

3,0 [m] 

4,0 [m] 

20/11/2008 

Generador de Señales  Rohde Schwartz SML­02  Frecuencia: 900 [Mhz]  Potencia de entrada: 11,6 [dBm] 

Antena dipolo de media  onda instalada en un  pedestal 

Cable SMA  At = 8,4 [dB] 

Analizador de Espectros  Textronix 2792 

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Comparación Teoría­Mediciones  Comparación Teoría­Mediciones  80,0 

Model­Free Space  Model­Concrete  Measure­Free Space 

75,0 

Coupling Loss, [dB] 

C oupling Loss, [dB] 

80,0 

70,0 

65,0 

75,0  70,0  Model­Free Space 

65,0 

Model­Concrete  Measure­Free Space

60,0  0,5 

60,0  4,5 

4,7 

4,9 

5,1 

5,3 

5,5 

1,0 

1,5 

2,0 

2,5 

3,0 

3,5 

Position d, [m] 

Position z, [m] 

Gráfico CL v/s z  Gráfico CL v/s z 

Gráfico CL v/s d  Gráfico CL v/s d 

d = 1 [m]  d = 1 [m] 

z = 5 [m]  z = 5 [m] 

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16 

Comentarios  •  Los  valores  obtenidos  están  dentro  de  los  límites  de  tolerancia ±10  [dB]  de  la  pérdida  nominal  de  68  [dB]  especificada  para  el  cable  a  una  distancia  d  =  6  [m]  dada por el fabricante.  •  Gran  aporte:  propuesta  de  un  enfoque  analítico  mixto  (teoría + simulación) alternativo a los existentes.  •  El  modelo  arrojó  buenos  resultados,  considerando  su  simplicidad y la complejidad de la situación analizada.  •  Se  demuestra  que  la  orientación  de  las  ranuras  no  altera significativamente el campo de radiación.

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Uso de espectro radioeléctrico En los ambiente mineros se utilizan varios servicios de telecomunicaciones de  radio frecuencia donde se transmite voz, datos, imágenes, video. Ocurre a  menudo que estas transmisiones se interfieren mutuamente  Aparición de la medición v/s frecuencia  25 

N° de apariciones 

20 

15 

10 



0  200 

20/11/2008 

400 

600 

800 

1000  1200  1400  Frecuencia [MHz] 

1600 

1800 

2000 

2200 

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2400 

18 

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