Zonas de fresnel

ZONAS DE FRESNEL PARA RADIOENLACES

1. ZONAS DE FRESNEL INTEGRANTES: TEJERINA RASMUSSEN JORGE 14190026 ALARCON GUILLEN FABRIZIO 14190071 HUAMAN ORIHUELA GABRIEL 13190072 CACERES SALAZAR JIMMY 07190074 YACTAYO VILCARA GIANCARLOS 10190244

2. Introducción El sistema de radioenlace permite la comunicación inalámbrica (microondas) de zonas que se encuentran a grandes distancias permitiéndoles estar conectados, pero es importante mencionar que se debe considerar diversos factores en su diseño entre ellos son los obstáculos que pueden existir entre el emisor y receptor de señales y es aquí donde interviene el cálculo de la zona de fresnel el cual define un valor idóneo para una correcta comunicación inalámbrica. Una explicación breve y sencilla del papel que desempeña las zonas o elipsoides de Fresnel en la propagación de la radiación es verlo como una “tubería virtual” por donde viaja la mayor parte de la energía entre el transmisor y el receptor. Con el objetivo de evitar pérdidas, No debería haber obstáculos dentro de esta zona, ya que un obstáculo perturbaría “el flujo de energía”.

3. MARCO TEORICO

4. Difracción La difracción ocurre debido a que una onda puede rodear un obstáculo en su propagación alejándose del comportamiento de los rayos rectilíneos. Los efectos de la difracción son regularmente pequeños Christian Huygens explica que mientras la radiación electromagnética abandona su fuente, se expande viajando en línea recta tal como si fuera cubriendo la superficie de una esfera en continua expansión. Esta área se incrementa proporcionalmente al cuadrado de la distancia que ha viajado la radiación.

5. Principio de Huygens El principio de Huygens nos permite explicar fenómenos ondulatorios relacionados con la propagación de la onda, tales como la reflexión, la refracción y la difracción La propagación de una onda depende del movimiento de su frente de onda . Conforme avanza el frente de onda , el movimiento ondulatorio se propaga alcanzando nuevos puntos del medio .

6. Izquierda : Onda plana Derecha : onda esferica

7. ¿Qué es Zona de Fresnel ? Una zona de Fresnel es una de una serie de regiones elipsoidales, de diámetro polar extenso, concéntricas, de espacio entre y alrededor de una antena que transmite y un sistema de antena que recibe. Es el concepto utilizado para entender y calcular la intensidad de la propagación de las ondas entre un transmisor y un receptor. La primera región es el espacio elipsoidal a través del cual pasa la señal de línea de vista directa. La segunda región rodea la primera región, pero excluye la primera. En esta, la onda capturada por el receptor estará desfasada más de 90°, pero menos de 270°. La tercera región rodea la segunda y las ondas desviadas capturadas por el receptor tendrán el mismo efecto que una onda en la primera región. La onda sinusoidal tendrá un desfase mayor a 270°, pero menor a 450° (idealmente sería un desfase de 360°).

8. Existe un número infinito de zonas (n) pero habitualmente se realizan los cálculos hasta la  3ª zona , porque a partir de ella, el efecto de cancelación se hace despreciable. Las zonas de Fresnel se calculan según esta fórmula:  

9. Composición de la zona de Fresnel La zona 1 contribuye positivamente a la propagación de la onda la segunda negativamente, la tercera positivamente, la cuarta negativamente, y así sucesivamente. Es decir, las impares contribuyen positivamente y las pares negativamente. Además, la primera zona concentra el 50% de la potencia de la señal por lo q debemos procurar que llegue lo más integra al receptor.

10. Consideraciones de fresnel Lo primero que se debe considerar es la línea de vista de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas transmisora y receptora. Como segunda consideración debes saber que la obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (Curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de Fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.

11. Geometría de las zonas de Fresnel

12. Geometría de las zonas de Fresnel

13. Geometría de las zonas de Fresnel

14. Geometría de las zonas de Fresnel

15. Geometría de las zonas de Fresnel

16. Geometría de las zonas de Fresnel

17. Aplicaciones en las telecomunicaciones El diseño de un radioenlace implica toda una serie de cálculos que pueden resultar sencillos o tremendamente complicados, dependiendo de las características del sistema y del tipo de problema al que nos enfrentemos; las calculadoras de radioenlaces resultan de gran utilidad, existiendo una oferta muy variada que se encuentra accesible vía web y que nos facilita el cálculo sistemático de parámetros y variables muy típicas: alcance, balance de potencias, margen frente a desvanecimientos, etc. Presentaremos algunas de estas herramientas: RF Toolbox AirLink Wifi Fresnel LinkCalc de LigoWave

18. RF Toolbox Aquellos que dispongan de un iPhone pueden optar también por esta aplicación que resulta de gran utilidad para las labores prácticas de diseño de un radioenlace, pues además de realizar los cálculos básicos de niveles de potencia y apuntamiento de antenas, también incorpora herramientas GPS para situar los extremos del radioenlace y realizar cálculos. Aunque se trata de una aplicación de pago que puede instalarse por $7,99.

19. AirLink Se trata de una aplicación web de la empresa Ubiquiti Networks para el cálculo de radioenlaces punto a punto. Aunque está configurada para seleccionar únicamente los equipos de la propia compañía, lo que le resta flexibilidad, resulta útil por incorporar un plug -in con la cartografía de Google Earth , lo que permite identificar posibles obstáculos y tener en cuenta la orografía.

20. Wifi Fresnel Desde el Android Market puede descargarse una aplicación muy útil para la representación de perfiles de radioenlaces, análisis del despejamiento y orientación rápida de las antenas de los emplazamientos en acimut y elevación. Dispone de una base de datos de emplazamientos y también es posible importar o exportar ficheros KML de Google Earth . Enlaces planificados de radio con " Wi -Fi Fresnel "

21. LinkCalc de LigoWave Una vez simulado el enlace, se puede generar un reporte en PDF, guardar el análisis en su cuenta para futuras referencias o compartirlo con sus colegas para que ellos puedan realizar cambios al análisis. Finalmente, en base al cálculo de las expectativas de tu enlace, podrás seleccionar la clase de características y atributos que son deseables en el despliegue de tu red.

22. Pérdidas en obstáculos en la zona de fresnel La pérdida por difracción dependerá del tipo de terreno y de la vegetación. Para un determinado despejamiento del rayo, la pérdida por difracción variará desde un valor mínimo en el caso de un obstáculo único en arista (filo de cuchillo) hasta un valor máximo en el caso de una Tierra esférica lisa. Las pérdidas por difracción en un terreno medio se pueden calcular aproximadamente, para pérdidas mayores de unos 15 dB, mediante la fórmula:  En la que h es la altura (m) del obstáculo más importante del trayecto por encima de la trayectoria de éste (h es negativa si la parte superior del obstáculo en cuestión está por encima de la línea de visibilidad directa), y F1 es el radio del primer elipsoide de Fresnel, indicado por:   Donde: f : frecuencia (GHz) d : longitud del trayecto (km) d1 y d2: distancias (km) entre los terminales y la obstrucción del trayecto.  

23. conclusiones Las zonas de fresnel son realmente importantes en todo enlace de microondas ya que llegan a tener radios significativos aun en las frecuencias de los GHz, siendo estos del orden de metro por esto que es el nivel de obstrucción de las zonas juega un papel crucial en microondas. Es muy importante determinar las características geológicas, físicas y topográficas de la zona donde se va a implementar el enlace para poder determinar con exactitud las características de las estaciones. La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel . La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el cálculo de la primera zona de fresnel , según la definición es un volumen entonces se considera en R3 los radios de la elipse generada y no solo la vista 2D en las que se suele hacer los cálculos.