REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN DECANATO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO
MAESTRÍA EN TELEMÁTICA
CALCULO DEL INDICE DE ATENUACIÓN TROPOSFERICA EN RADIO-ENLACES PARA EL DEPARTAMENTO DEL CESAR COLOMBIA
Trabajo presentado como requisito para Optar el Grado de Magíster en Telemática
Autor: Ing. HAROLD MORENO BONILLA C.I. 91.290.987 Tutor: Dr. CARLOS DURANTE C.I. 7.725.994
CALCULO DEL INDICE DE ATENUACIÓN TROPOSFERICA EN RADIO-ENLACES PARA EL DEPARTAMENTO DEL CESAR COLOMBIA
DEDICATORIA
A mis padres por mantener los principios vivos de amor y superación, hermanos, hijas y a la vida.
v AGRADECIMIENTOS
A DIOS, que me dio la fuerza mental, voluntad y por darme la vida que tengo.
A todas aquellas personas que de una manera u otra me apoyaron y contribuyeron con el proceso para alcanzar este logro.
Al doctor Jaime Maestre, por haberme impulsado a iniciar este proyecto, a mis compañeros de claustro, en especial a Danilo Pimienta Menguala, mis compañeros de aventuras académicas Magíster Raul Maya Pabón, Magíster Teobaldo García Romero y Magíster Wilfred Vilardi Naggles. También y de manera muy especial al Esp. Julio Romero por el gran aporte que plasmó en esta investigación.
ÍNDICE GENERAL
VEREDICTO iii
DEDICATORIA iv
AGRADECIMIENTOS v
ÍNDICE GENERAL vi
LISTA DE CUADROS viii
LISTA DE GRÁFICOS ix RESÚMEN x ABSTRACT xi INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO I. EL PROBLEMA 6
1. PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA 6
1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 7
2. OBJETIVOS DE A INVESTIGACIÓN 8
2.1 OBJETIVO GENERAL 8
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 8
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 8 4. DELIMITACIÓN DE LA NVESTIGACIÓN 10
II. MARCO TEÓRICO 11
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 11 2. BASES TEÓRICAS 13 2.1 ATENUACIÓN 13 2.2 ANTENAS 20 2.3 RELACIÓN SEÑAL/RUIDO 31 2.4 EFECTO DE LA TIERRA 32
3. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 33
3.1 MARCO GEOGRÁFICO 33
4. RED BÁSICA METEREOLÓGICA NACIONAL DE COLOMBIA 34 5. CONDICIONES METEREOLÓGICAS PARA EL
DEPARTAMENTO DEL CESAR COLOMBIA 35
6. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS 36
7. DEFIICIÓN DE VARIABLES 37
III. MARCO METODOLÓGICO 39
vii 1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 39
2. POBLACIÓN Y MUESTRA 42
3 . METODOLOGÍA 42
IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 44
1. ESTACIONES METEREOLÓGICAS 44
2. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES METEREOLÓGICAS 45
3. RECOLECCIÓN DE DATOS 46
4. PROCESAMIENTO Y CALCULO DE DATOS 46
5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 50
CONCLUSIONES 60
RECOMENDACIONES 61
REFERENCIAS BIBLIOGÁFICAS 62
ANEXO A. Mapa de estaciones pluviométricas y climatológica principal según su importancia para el departamento del Cesar - Colombia 63 ANEXO B. Estaciones metereológicas que están en funcionamiento en
el departamento del Cesar – Colombia 64
ANEXO C. Calculo del error polinomial – Modelo anterior 67 ANEXO D. Procedimiento para determinar y controlar los rangos
polinomiales 69
LISTA DE CUADROS
TABLAS
1. Coeficiente de regresión para estimar el valor de la atenuación
específica por lluvia 16
2. Denominación de las bandas de frecuencias por décadas 22 3. Denominación habitual en las bandas de frecuencia para microondas 22 4. Denominación de las bandas superiores 23
5. Operacionalidad de las variables 38
6. Estaciones climatológicas principales y pluviométricas para esta
investigación 45
7. Procedimiento para cálculo de la matriz inversa 49 8. Coeficientes de ínterpolaridad para un rango específico 49
ix LISTA DE GRÁFICOS
FIGURAS
1. Atenuación específica para distintas intensidades de lluvia 17 2. Atenuación específica por lluvia para distintas longitudes 18 3. Línea de tendencia de la función polinómica para Kh 48 4. Atenuación en la estación metereológica Astrea clase PM 51 5. Atenuación en la estación metereológica Becerril clase CP 52 6. Atenuación en la estación metereológica hacienda Manature clase
PM
52 7. Atenuación en la estación metereológica La Dorada clase PM 53 8. Atenuación en la estación metereológica El Libano clase PM 53 9. Atenuación en la estación metereológica Manaure clase PM 54 10. Atenuación en la estación metereológica Rio de Oro clase CP 54 11. Atenuación en la estación metereológica Aeropuerto clase CP 55 12. Atenuación en la estación metereológica Colegio Agropecuario de
Pailitas clase CP 55
13. Atenuación en la estación metereológica Curumani clase PM 56 14. Atenuación en la estación metereológica Barranca Lebrija clase PM 56 15. Atenuación en la estación metereológica Atanquez clase PM 57 16. Atenuación en la estación metereológica La Bogotana clase PM 57 17. Atenuación en la estación metereológica París de Francia clase PM 58
Moreno Bonilla Harold. Calculo del Índice de Atenuación Troposférica en Radio-Enlaces para el Departamento del Cesar Colombia. Universidad Rafael Belloso Chacín. Programa de Maestría en Telemática. Maracaibo, 2006.
RESUMEN
El propósito de esta investigación Calculo del índice de atenuación troposférica en radio-enlaces para el departamento del Cesar Colombia, es obtener resultados de las atenuaciones presentes en una transmisión de radio-enlaces teniendo en cuenta las épocas del año, los factores de precipitación, inclinación del suelo, correlacionando a través de ecuaciones las variables de frecuencia, precipitación/tiempo y el factor de longitud de transmisión. En la investigación se define de tipo experimenta l y explicativa. La investigación estuvo respaldada por bases teóricas encontradas en textos como Cubillán, Durante y Fermín (2005), entre otros, que sustentan las teorías del efecto de la troposfera en los radio-enlaces. En la investigación se recolectaron datos en las diferentes estaciones midiendo el comportamiento climatológico del área. Se tomaron como referencia los parámetros de intensidad de lluvia, α y K, para calcular los índices de atenuación por medio de un modelo matemático, donde se estima la atenuación que sufre la señal mostrando el efecto del fenómeno atmosférico sobre las señales de radio-enlace; los resultados obtenidos cumplen con los objetivos propuestos permitiendo analizar la influencia atmosférica sobre las señales. Como complemento de este estudio se busca establecer una línea de investigación para las empresas dedicadas a las telecomunicaciones y universidades experimentales.
Palabras Clave: Atenuación troposférica, radio enlace.
xi Moreno Bonilla Harold. Calculate of the Index of Attenuation Troposphere in Radio-connections for the Department of the Cesar Colombia. University Rafael Belloso Chacín . Program of Master in Telematic. Maracaibo, 2006.
ABSTRACT
The purpose of this investigation "calculate of the index of attenuation troposphere in radio-connections for the department of the Cesar Colombia", it is to obtain results of the present attenuations in a transmission of radio-connections keeping in mind the times of the year, the precipitation factors, inclination of the floor, correlating through equations the variables of frequency, precipitation / time and the factor of transmission longitude. In the investigation he/she is defined of experimental and explanatory type. The investigation was supported by theoretical bases found in texts like Cubillán, During and Fermín (2005), among other that sustain the theories of the effect of the troposphere in the radio-connections. In the investigation data were gathered in the different stations measuring the climatological behavior of the area. They took like reference the parameters of rain intensity, and K, to calculate the attenuation indexes by means of a mathematical model, where he/she is considered the attenuation that suffers the sign showing the effect of the atmospheric phenomenon on the radio-connection signs; the obtained results fulfill the proposed objectives allowing to analyze the atmospheric influence on the signs. As complement of this study it is looked for to establish an investigation line for the companies dedicated to the telecommunications and experimental universities.
INTRODUCCIÓN
Por todos los tiempos el hombre a buscado la manera de comunicarse como medio de sobre vivencia con los demás seres, con la invención de los medios de difusión radiados se avanzo enormemente, desarrollando diferentes tipos de tecnologías (radio, teléfono, televisión, señales de ondas), uno de los grandes retos del hombre es romper con la adversidad que la naturaleza pone de manifiesto a través de sus diferentes fenómenos físicos que hoy por hoy aún se presentan en la radiodifusión.
Una señal es un símbolo, un gesto u otro tipo de signo que informa o avisa de algo. La señal sustituye por lo tanto a la palabra escrita o al lenguaje. Las señales obedecen a convenciones, por lo que son fácilmente interpretadas.
En telecomunicación, una señal puede ser una variación de una corriente eléctrica u otra magnitud que se utiliza para trans mitir información. Por ejemplo, en telefonía existen diferentes señales, que consisten en un tono continuo o intermitente, en una frecuencia característica, que permite conocer al usuario en qué situación se encuentra la llamada.
Los diferentes fenómenos físicos que actúan como atenuantes de las ondas que viajan en el aire, obligan a que se tenga de presente el como estudiar y tratar las diferentes adversidades que están manifiestas en la atmósfera. La atmósfera terrestre es una capa gaseosa envolvente que se
xiii mantiene unida a la tierra por la fuerza de la gravedad, la atmósfera presenta mayor densidad cuando está más cerca de los cuerpos, volviéndose más ligera con la altitud, está conformada por nitrógeno y oxígeno principalmente, la troposfera es el nivel gaseoso más cercano que tiene la tierra ubicada entre los 15 y 16 Kms sobre el nivel del mar.
La troposfera es la capa más baja de la atmósfera terrestre, sede de los fenómenos meteorológicos.
Se extiende desde el nivel del suelo hasta 11 kms. De altura y está caracterizada por temperaturas decrecientes del orden de 6º C por kms. La troposfera es la capa atmosférica que causa más problemas a los Astrónomos, porque impide una buena observación de los astros. Por estos motivos, se inició la realización de grandes telescopios espaciales orbítales. La troposfera contiene el 80% de toda la masa de gases de la atmósfera y el 99% de todo el vapor de agua. En general, la temperatura de la troposfera decrece con la altitud a razón de 5 y 6 °C/-Kms.
En la troposfera, los intercambios de calor se producen por turbulencia y por el viento, y los intercambios de agua por evaporación y precipitación. La intensidad de los vientos crece con la altura, y las nubes más altas alcanzan una altitud de 10 Kms.
Las ondas se producen por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de
onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético.
Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos X blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50 nm.
El IDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, tiene como función generar conocimiento y producir y suministrar datos e información ambiental, además de realizar estudios, investigaciones, inventarios y actividades de seguimiento y manejo de la información que sirvan para fundamentar la toma de decisiones en materia de política ambiental y para suministrar las bases para el ordenamiento ambiental del territorio, al manejo, el uso y el aprovechamiento de los recursos naturales biofísicos del país.
El IDEAM, además coordina el Sistema de Información Ambiental (SIA), que comprende los sistemas de observación, la información, las bases de datos y los modelos sobre el medio ambiente y los recursos naturales. Para ello, ha desarrollado módulos de información y promovido mecanismos de articulación con las autoridades ambientales regionales para formalizar los
xv protocolos, metodologías, estándares para el acopio de datos, su procesamiento, transmisión, análisis y la difusión de la información ambiental. Así mismo dando cumplimiento a los requisitos metodológicos esta investigación se plasma en cuatro capítulos, los cuales se estructuran así: En el capitulo primero, se plantea la situación general que origina e l problema; se plantean los objetivos de la investigación, la justificación para soportar su estudio y la delimitación.
El capítulo segundo, hace referencia a los antecedentes de la investigación, bases teóricas que soporte el trabajo, definición de términos básicos y sistema de variables.
En el capitulo tercero, se expone el tipo de estudio, la metodología investigativa hallada y la técnica aplicada, las variables, los procedimientos, los cuales permitirán el desarrollo de la investigación, todo ello a partir de los objetivos planteados.
En el capitulo cuarto, se pone de manifiesto lo estudiado en los capítulos anteriores, haciendo mención a las estaciones meteorológicas existentes en el departamento del Cesar en Colombia y definiendo una aplicación basada en la demostración a través de la simulación; dicha simulación va ha permitir la obtención de gráficas demostrando el grado de atenuación causado en las señales por algún tipo de fenómeno.
Una vez desarrollado los capítulos anteriores, se plantea las conclusiones a que se ha llegado aplicando esta investigación, y también, se proponen recomendaciones que han de brindar alternativas para la
consecución de una línea de investigación, todo esto acompañado de sus respectivas fuentes bibliográficas que sirvieron de soporte para la consecución de esta investigación y anexos en general.
