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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
0
5
10
15
20 0
20
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40
60 80 Distancia RX [metros]
100
120
140
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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
0
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
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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
D
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)
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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
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Tipos de cable considerados en este análisis z
z Carga
Carga
x
y
x
y
Tipo A Tipo A
Tipo B Tipo B
(a)
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Carga
x
y
Entrada Onda Viajera
z
(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
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Modelo cable coaxial radiante x
n
fn qn
0
z=l c
l s
z
r n
d
M A R z
y
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
2
N
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
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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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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
x
x
d 1
d 1 y
y
d 1 = l/8, Orientación y
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Radiación Frente a pared conductora Plano XY (q Plano XY (q = 90º) = 90º)
Plano YZ (f Plano YZ (f = 90º) = 90º)
x
x
d 1
d 1 y
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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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
y
x
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]
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z
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]
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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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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
5
0 200
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400
600
800
1000 1200 1400 Frecuencia [MHz]
1600
1800
2000
2200
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2400
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