ITU-R M 1075 SPANISH-1994 LEAKY FEEDER SYSTEMS IN THE LAND MOBILE SERVICES《陆地移动业务中的泄露馈线系统》.pdf

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1、Rec. UIT-R M.1075 1RECOMENDACIN UIT-R M.1075SISTEMAS DE ALIMENTADOR CON FUGASEN LOS SERVICIOS MVILES TERRESTRES(Cuestin UIT-R 36/8)(1994)Rec. UIT-R M.1075La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que los mtodos convencionales de propagacin resultan inadecuados en un entorno subterr

2、neo o confinado;b) que los sistemas de alimentador con fugas constituyen una buena solucin a esos problemas de propagacin;c) que todos los tipos de servicios de radiocomunicacin mviles pueden requerir comunicaciones en esosentornos;d) que desde hace tiempo se utilizan sistemas de alimentador con fug

3、as y tcnicas conexas en el servicio mvilterrestre en una amplia gama de frecuencias en las bandas de ondas decamtricas, mtricas y decimtricas;e) que los alimentadores con fugas son tambin un medio de comunicacin eficaz cuando se necesita unacobertura lineal en vez de una cobertura zonal, por ejemplo

4、, en tramos de carreteras o vas frreas a cielo abierto;f) que el empleo de alimentadores con fugas por encima de la superficie del suelo puede contribuir a laconservacin del espectro;g) que actualmente se dispone de una gran variedad de tcnicas de sistema activo para ampliar la distancia decobertura

5、 de un sistema de alimentador con fugas con arreglo a las necesidades;h) que es conveniente resumir las caractersticas generales y las aplicaciones de los alimentadores con fugas y lastcnicas conexas de uso ms general;recomienda1. que se utilicen alimentadores con fugas cuando se necesiten comunicac

6、iones mviles en cualquier entornosubterrneo o confinado en el que los mtodos convencionales de propagacin resultan inadecuados;2. que se estudie la posibilidad de utilizar alimentadores con fugas cuando se necesiten comunicaciones mvilesespecializadas o adicionales a lo largo de una va frrea, una ca

7、rretera o un sistema lineal similar a cielo abierto;3. que las caractersticas bsicas de los alimentadores con fugas y las tcnicas conexas sean las definidas en elanexo 1;4. que para elegir los tipos de alimentadores con fugas que han de utilizarse en aplicaciones especficas se siganlas orientaciones

8、 generales que aparecen en el anexo 2.2 Rec. UIT-R M.1075ANEXO 1Aspectos generales de los sistemas de alimentadorescon fugas del servicio mvil terrestre1. IntroduccinUn alimentador con fugas es una especie de lnea de transmisin que permite el establecimiento decomunicacin radioelctrica con elementos

9、 mviles o entre stos en sus cercanas gracias a sus campos de fuga;proporciona, adems, el margen lineal del sistema mediante sus propiedades de propagacin internas.Tales sistemas se utilizan en espacios confinados, como tneles, minas o grandes edificios, en los que no esadecuada la propagacin natural

10、. Pueden ser completamente autocontenidos o extensiones de sistemas de superficieconvencionales que, de otra manera, emplearan radiacin libre; en este ltimo caso, la alimentacin para la coberturasubterrnea puede tomarse del exterior o compartir directamente una estacin de base con antena en la super

11、ficie. Deforma alternativa, puede conectarse un sistema primario bajo tierra a una antena en la superficie para proporcionarcobertura local, por ejemplo entre compartimentos de una mina.Los alimentadores con fugas tambin pueden utilizarse en la superficie para confinar la coberturaradioelctrica y me

12、jorar, de esta forma, la eficacia de utilizacin del espectro.El trmino alimentador con fugas puede aplicarse tambin a los cables sin fugas con radiadores discretosperidicos, convertidores de modo o antenas espaciadas.2. Clasificacin de los alimentadores con fugasNormalmente se utilizan los siguiente

13、s tipos de alimentadores con fugas:a) lneas bifilares;b) cables coaxiales con fuga continua;c) cables coaxiales con aberturas peridicas;d) cables con convertidores de modo.Los tipos a) y b) son intrnsecamente no radiantes, en el sentido de que un cable de longitud infinita tendido enel espacio libre

14、 slo puede transportar las ondas guiadas por la estructura. Sin embargo, toda discontinuidad a lo largodel cable da lugar a una conversin de modo, as como a radiacin.En los cables de tipo c), las aberturas peridicas son discontinuidades radiantes y actan como los elementosde un sistema de antena. La

15、 radiacin mxima se obtiene en direcciones oblicuas, que vienen determinadas bsicamentepor la relacin entre el intervalo espacial y la longitud de onda.En el tipo d), los convertidores de modo o elementos radiantes consisten en discontinuidades separadas queactan aisladamente.2.1 Parmetros bsicos de

16、calidad de funcionamientoLa calidad de funcionamiento de un sistema de alimentador con fugas viene caracterizada por dos parmetros: la atenuacin longitudinal; la prdida de acoplamiento.La atenuacin longitudinal se rige principalmente por los factores que se aplican a las lneas normales detransmisin,

17、 como la construccin, el calibre del conductor y el dielctrico. Tambin hay un pequeo componente deprdida imputable a las fugas (o a los convertidores de modo).Rec. UIT-R M.1075 3La prdida de acoplamiento es, en trminos generales, la prdida de potencia entre el alimentador y la antenamvil en sus prox

18、imidades. En los tipos coaxiales comnmente utilizados como cable de fuga, depende del grado deapantallamiento en la construccin del alimentador, de la configuracin de la pantalla o de los conductores y de laconstante dielctrica. Con referencia a un cable dado, se debe advertir que la prdida de acopl

19、amiento depende tambinde los siguientes factores: el medio en que el cable est montado; la posicin de montaje del cable; las caractersticas, disposicin y orientacin de la antena mvil; la frecuencia de explotacin.La atenuacin longitudinal de cables diseados para una baja prdida por acoplamiento puede

20、 aumentar demanera importante si el cable est montado cerca de una pared, en funcin de la estructura de otros cables o de lacontaminacin de la superficie por suciedad y humedad, salvo en los cables especficamente diseados para minimizareste efecto, tales como los cables triaxiales (tricoaxiales) y l

21、os cables inherentemente sin fugas que utilizan convertidoresde modo. En el mismo proceso, la prdida de acoplamiento suele disminuir (es decir, la seal recibida aumentalocalmente) a medida que aumenta la atenuacin.Para una prdida de acoplamiento dada, los diversos tipos de cable no estn sujetos nece

22、sariamente al mismoaumento de atenuacin causada por estos efectos de proximidad y contaminacin. Las lneas bifilares son, con mucho,las ms sensibles, sigue despus el cable de ranura longitudinal y, en ltimo trmino, los diversos tipos de cables connumerosas aberturas pequeas. Algunos tipos de cables t

23、renzados son tan insensibles a los efectos de proximidad quepueden montarse en soportes normales junto con cables de potencia, lneas telefnicas y otros conductores similares, sinque por ello sufran degradacin sus caractersticas de funcionamiento en la banda de ondas mtricas.2.2 Lneas bifilaresLas ln

24、eas bifilares (nominalmente simtricas) tienen en general una prdida de acoplamiento baja, o unamenor atenuacin longitudinal para un tamao de conductor determinado, en comparacin con los cables coaxiales. Porestas razones su costo generalmente es el ms bajo de todos los cables con fuga. Sin embargo,

25、pueden ser sensibles a laposicin de montaje y a la contaminacin de la superficie en la banda de ondas mtricas y, particularmente, en ondasdecimtricas.Si a un cable bifilar se le somete a un fuerte retorcido (por ejemplo, varias vueltas por longitud de onda),mejora normalmente la simetra frente a los

26、 efectos de proximidad, y por consiguiente se favorece la propagacinlongitudinal, pero en ese mismo proceso pueden incrementarse las prdidas de acoplamiento en hasta 15 dB.2.3 Cables coaxiales2.3.1 Cables coaxiales con fuga continuaEsta categora (tanto con dos como con tres conductores coaxiales) co

27、mprende los cables con trenzado flojo,los cables con ranuras continuas y los cables con aberturas discretas o ranuras separadas por distancias mucho mspequeas que la longitud de onda.Como estos cables coaxiales tienen un conductor exterior imperfecto, parte de la energa de la lnea detransmisin se pr

28、opaga fuera del cable, a modo de un campo de fuga.Las propiedades bsicas del cable (juntamente con los factores del medio) que determinan las prdidas deacoplamiento son a) la velocidad de propagacin interior y b) la impedancia de transferencia de superficie del conductorexterior. Conviene caracteriz

29、ar los cables haciendo referencia a estos parmetros, que pueden medirse en laboratorios, envez de hacer uso de la definicin arbitraria y artificial de prdidas de acoplamiento. La velocidad de propagacinviene determinada por la constante dielctrica interna mientras que la impedancia de transferencia

30、de superficie dependede la estructura del conductor exterior y aumenta, por ejemplo, al incrementar el tamao y nmero de las aberturas.El aumento de la impedancia de transferencia de superficie provoca un incremento proporcional de la sealacoplada y viene acompaado por un aumento de la atenuacin long

31、itudinal dependiendo de la estructura precisa delcable. Tambin se hace ms acusada la sensibilidad de la atenuacin longitudinal a la posicin de montaje, pero hayevidencia de que depende ms del tamao de los huecos que de la propia impedancia de transferencia de superficie ypor consiguiente, es ms conv

32、eniente, al respecto, un elevado nmero de huecos pequeos que un nmero reducido dehuecos grandes.4 Rec. UIT-R M.1075El aumento de velocidad interna del cable (por ejemplo, mediante la constante dielctrica interna), incrementala energa total en el campo de fuga, aunque esta relacin no es lineal y estn

33、 implicados otros parmetros. En realidad,el campo en las proximidades del cable es reducido pero la dispersin del mismo aumenta. El radio de obstaculizacindentro del cual se encuentra la mayor parte de la potencia de los campos de fuga de modo coaxial es del orden de 60 cma 100 MHz y vara en relacin

34、 inversa a la constante dielctrica de aislamiento del cable interior. Adems esdirectamente proporcional a la longitud de onda.El mecanismo por el cual una antena mvil fuera del radio de obstaculizacin se acopla al modo coaxial es ladifraccin de los campos de fuga de ste por las inhomogeneidades situ

35、adas en el interior del radio de obstaculizacin;stas son inhomogeneidades e irregularidades del medio ambiente, de la construccin y dispositivos de suspensin delcable, as como de los obstculos de todo gnero. Esta disposicin es un proceso aleatorio; adems, en los tneles laprdida de acoplamiento consi

36、guiente depende de manera casi insignificante de la distancia de la antena al cable; esto sedebe al hecho de que los campos difractados son transmitidos por numerosos modos de guiaondas.2.3.2 Cables coaxiales con aberturas peridicasLos cables coaxiales con aberturas discretas de dimensiones y period

37、icidad comparables con la longitud deonda, son una fuente de energa radiante.Se puede considerar el cable coaxial ranurado en zigzag como un sistema de antena y la radiacin de lasranuras afectan muy poco a la transmisin de energa por el cable. El campo de radiacin se propaga en forma de unaonda ciln

38、drica.Los cables coaxiales con ranuras en zigzag situadas adecuadamente mejoran la radiacin en sentidotransversal, y es posible fabricar cables con diferentes prdidas por acoplamiento graduables (vase el 3.2.1).2.4 Cables con convertidores de modo, dispositivos radiantes o antenasSe trata de lneas s

39、imtricas o coaxiales ordinarias en las cuales se inserta, con un espaciamiento regular o no,en emplazamientos determinados por las condiciones de propagacin predominantes en el medio exterior, dispositivosque convierten una parte de la energa transportada por la lnea, en modos guiados que se propaga

40、n por el exterior desta o en ondas esfricas radiadas.Un dispositivo radiante para cable coaxial puede tomar la forma de una ranura anular que constituye unainterrupcin completa del conductor exterior y a la cual se aaden elementos de circuito, de manera que slo se radie unafraccin de la potencia tra

41、nsportada por el cable.La separacin de los convertidores de modo o radiadores puede variar de 100 m a 1 km, segn la potencia deentrada del sistema, la disposicin del cable en el tnel y la atenuacin en modo tnel o modo hilo sencillo (lapredominante segn las condiciones). El grado de conversin del con

42、vertidor de modo puede ajustarse mediante unaeleccin adecuada de los componentes del circuito. Un grado de conversin corriente es aproximadamente del 10%, queproduce una prdida de insercin de unos 0,5 dB por convertidor.Se han fabricado sistemas de convertidores de modo utilizando una seccin corta d

43、e cable con fuga continuainsertado en un cable convencional sin fugas. Dicha seccin acta como una red continua de ranuras circulares.3. Aspectos de los sistemas3.1 Sistema bsicoUn sistema bsico de radiacin guiada para comunicaciones bidireccionales comprende un transmisor y unreceptor en la estacin

44、de base conectados a un cable radiante que proporciona comunicaciones con estaciones mvilesconvencionales como se muestra en la fig. 1. Si se coloca la estacin de base en el centro del cable, la coberturalongitudinal puede doblarse con respecto al cable con alimentacin en el extremo.Rec. UIT-R M.107

45、5 5ABCLL21A:B:C:Estacin de baseCable con fugasUnidad mvilL :L :Prdida por acoplamientoAtenuacin de insercindel cable12FIGURA 1Sistema bsicoD01FIGURE 1.D01 = 8 CM3.1.1 Alcance de la comunicacinLa ecuacin fundamental que relaciona los parmetros (en dB) de un sistema de alimentador con fugas es:PRDIDA

46、DEL SISTEMA = PRDIDA EN LA LNEA + PRDIDA DE ACOPLAMIENTOdonde: PRDIDA DEL SISTEMA es la relacin entre la potencia de salida del transmisor y la potencia en elterminal de entrada del receptor; PRDIDA EN LA LNEA es la atenuacin longitudinal de la lnea entre la estacin de base y el punto dela lnea ms p

47、rximo al mvil; PRDIDA DE ACOPLAMIENTO es la relacin entre la potencia en la lnea en el punto ms prximo almvil y la potencia en el terminal de antena del propio mvil.En el caso de sistemas con alimentacin en el centro hay que sustraer unas prdidas de insercin de 3 dB de laprdida del sistema.Esta rela

48、cin permite prever el margen aproximado de un sistema sencillo de alimentador con fugas, siempreque se conozcan los parmetros bsicos del cable y de los equipos radioelctricos, as como el medio entorno particular.Normalmente pueden lograrse alcances entre 1 y 2 km.En condiciones favorables se han registrado prdidas de acoplamiento tan bajas como 30 dB (por ejemplo, conlneas bifilares en malas condiciones de simetra), pero las cifras normales oscilan entre 60 y 90 dB. En tneles y minas ydebido a los efectos de trayecto mltiple, son normales variaciones a corta distancia de 20 dB, para