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W. THOROSSIAN 21-04-2004. Argomenti: Antenne – principi generali Antenne – principi generali Radio modem – principi ed applicazioni Radio modem – principi.

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1 W. THOROSSIAN

2 Argomenti: Antenne – principi generali Antenne – principi generali Radio modem – principi ed applicazioni Radio modem – principi ed applicazioni Progettare una rete per trasmissione dati Progettare una rete per trasmissione dati Normative Normative Tecniche di misura Tecniche di misura

3 ANTENNE – principi generali Un sistema di antenna ben progettato rende in ricezione più di un perfetto preamplificatore e in trasmissione più di un potente amplificatore finale.

4 ANTENNE – principi generali Il meccanismo dellirradiazione di onde in presenza di un campo elettromagnetico può essere resa plausibile attraverso un modello semplificato e incompleto, ma che serve ad illustrare (se pur parzialmente) il meccanismo secondo il quale un filo rettilineo, attraverso il quale viene fatta passare una corrente alternata, genera un campo elettromagnetico che si estende progressivamente nello spazio circostante.

5 Vi è un parametro, lunghezza donda, che misura la distanza ovvero lo spazio intercorrente fra i picchi successivi nellintensità del campo : Velocità di propagazione [m/sec] Velocità di propagazione [m/sec] λ [metri] = λ [metri] = Frequenza [Hz] Frequenza [Hz] cambiando scala: λ [metri] = λ [metri] = Frequenza [MHz] Frequenza [MHz] ANTENNE – principi generali

6 Sulla lunghezza di un filo che risuona su una determinata frequenza, risultano distribuiti dei ben definiti valori di tensione e di corrente: ANTENNE – principi generali

7 Gli scopi istituzionali di una antenna che si rispetti sono dunque : risuonare ed irradiare. Queste due modalità di funzionamento comportano delle caratteristiche generali la cui conoscenza è determinante nel definire i parametri di impiego di una qualsiasi antenna. Le più importanti caratteristiche generali sono: Resistenza dirradiazione e Impedenza Resistenza dirradiazione e Impedenza Polarizzazione e Diagramma di irradiazione Polarizzazione e Diagramma di irradiazione Direttività e Guadagno Direttività e Guadagno Larghezza di banda Larghezza di banda ANTENNE – principi generali

8 Quando viene travasata potenza da un trasmettitore ad unantenna, il grosso della potenza ne viene irradiato. Poiché la potenza può essere solamente perduta (o dissipata) in una resistenza, è allora conveniente considerare la potenza irradiata dallantenna, come fosse dissipata, sotto forma di calore, in una resistenza fittizia che viene appunto chiamata Resistenza dirradiazione. ANTENNE – principi generali RESISTENZA DIRRADIAZIONE E IMPEDENZA

9 Se tensione e corrente sono esattamente in fase, limpedenza è puramente resistiva e quindi consisterà solo della resistenza dirradiazione; se lantenna non è esattamente risonante, la corrente risulterà più o meno sfasata rispetto alla tensione applicata, e lantenna mostrerà, assieme alla resistenza, della reattanza. ANTENNE – principi generali RESISTENZA DIRRADIAZIONE E IMPEDENZA

10 La scelta del punto di alimentazione di una antenna è determinante in quanto, conducendo a diversi valori di impedenza si rischia di non avere un adattamento corretto con i cavi coassiali commerciali che hanno una impedenza tipica di 50 ohm e di 75 ohm: ANTENNE – principi generali RESISTENZA DIRRADIAZIONE E IMPEDENZA

11 Per verificare se esistono dei disadattamenti tra limpedenza dellantenna e quella del cavo coassiale si usa uno strumento chiamato Misuratore di ROS (Rapporto di Onde Stazionarie) conosciuto anche come SWR (Standing Wave Radio): ANTENNE – principi generali RESISTENZA DIRRADIAZIONE E IMPEDENZA

12 ANTENNE – principi generali POLARIZZAZIONE E DIAGRAMMA DI IRRADIAZIONE Con il termine polarizzazione ci si riferisce convenzionalmente alla direzione del campo elettrico emesso dallantenna. Un segnale con polarizzazione orizzontale presenta il vantaggio di risultare meno influenzabile da disturbi di origine elettrica ed atmosferica. Un segnale con polarizzazione orizzontale presenta il vantaggio di risultare meno influenzabile da disturbi di origine elettrica ed atmosferica. Un segnale con polarizzazione verticale presenta il vantaggio di avere un lobo di irradiazione (vedremo poi di cosa si tratta) molto basso rispetto al suolo, quindi permette di raggiungere distanze maggiori. Un segnale con polarizzazione verticale presenta il vantaggio di avere un lobo di irradiazione (vedremo poi di cosa si tratta) molto basso rispetto al suolo, quindi permette di raggiungere distanze maggiori.

13 ANTENNE – principi generali POLARIZZAZIONE E DIAGRAMMA DI IRRADIAZIONE Un altro parametro che bisogna tenere bene a mente quando si installa una antenna è l altezza dal suolo.

14 ANTENNE – principi generali POLARIZZAZIONE E DIAGRAMMA DI IRRADIAZIONE Per rappresentare in modo completo il comportamento di unantenna nei confronti della direzione del segnale si usano i cosiddetti diagrammi di irradiazione riferiti ai due piani più importanti, cioè orizzontale e verticale:

15 ANTENNE – principi generali DIRETTIVITA E GUADAGNO La proprietà di unantenna, dirradiare più intensamente in alcune direzioni che in altre, è indicata come direttività dellantenna. Le misure di direttività e guadagno si effettuano introducendo il cosiddetto radiatore isotropico che è una antenna ideale presa a riferimento.

16 ANTENNE – principi generali LARGHEZZA DI BANDA La larghezza di banda di unantenna definisce la massima variazione in frequenza ammissibile rispetto al centro frequenza che corrisponde alla risonanza della stessa, entro la quale lantenna presenti un ROS accettabile.

17 ANTENNE – principi generali ANTENNE DIRETTIVE TIPO YAGI Hidetsugu Yagi (Osaka Tokyo 1976)

18 ANTENNE – principi generali ANTENNE DIRETTIVE TIPO YAGI Più aumenta il numero di direttori più aumenta il guadagno espresso in dB. ESEMPIO: ESEMPIO: Il trasmettitore eroga una potenza di 60W e lantenna ha un guadagno di 9,5dB : 60 X 8,913 = 534W -> potenza equivalente

19 RADIOMODEM – principi ed applicazioni Il radiomodem impiegato dall INGV per gli scopi di trasmissione dati via radio provenienti dalla stazione GAIArda è il modello SATELLINE 3AS della SATEL Finlandese ed importato dal distributore esclusivo per lItalia SARTELCO SISTEMI S.r.l. :

20 RADIOMODEM – principi ed applicazioni Lo schema a blocchi di funzionamento è il seguente:

21 RADIOMODEM – principi ed applicazioni Le caratteristiche tecniche principali di entrambe i modelli sono: RADIO TRANSCEIVER Frequency Range : 380 … 470 MHz / … MHz Frequency Range : 380 … 470 MHz / … MHz Channel Spacing : 12.5KHz / 25KHz Channel Spacing : 12.5KHz / 25KHz Number of channel: 160 / 80 Number of channel: 160 / 80 Modulation : FSK Modulation : FSK Communication Mode : Half Duplex Communication Mode : Half Duplex RADIO TRASMITTER Carrier Power: 10mW.. 1W /50ohm Carrier Power: 10mW.. 1W /50ohm (10mW.. 500mW /50ohm for 869MHz version) Adjacent channel power: according to ETS Adjacent channel power: according to ETS Spurious Radiations: according to ETS Spurious Radiations: according to ETS EMC-Requirements: according to ETS EMC-Requirements: according to ETS RADIO RECEIVER Sensitivity: -116 … -110dBm (BER <10E-3) Sensitivity: -116 … -110dBm (BER <10E-3) Intermodulation Attenuation: >65dB Intermodulation Attenuation: >65dB Spurious radiations: <2nW Spurious radiations: <2nWMODEM Interface: RS-232 or RS-485, RS-422 Interface: RS-232 or RS-485, RS-422 Interface connector: D15, female Interface connector: D15, female Data Speed of serial interface: 300 – bps Data Speed of serial interface: 300 – bps Data Speed of Radio interface: bps (25KHz channel), 9600bps Data Speed of Radio interface: bps (25KHz channel), 9600bps (12.5KHz channel) Data format: Asynchronous RS-232 or RS-422, RS-485 Data format: Asynchronous RS-232 or RS-422, RS-485GENERAL Operating voltage: +9 … + 30Vdc Operating voltage: +9 … + 30Vdc Power Consumption: 2… 8W Power Consumption: 2… 8W Operating Temperature: -25°C…+55°C Operating Temperature: -25°C…+55°C Antenna Connector: TNC, 50ohm, female Antenna Connector: TNC, 50ohm, female Size: 151 x 123 x 29mm Size: 151 x 123 x 29mm Weight: 550g Weight: 550g 3AS 3AS Epic

22 RADIOMODEM – principi ed applicazioni LINTERFACCIA RS-232 PIN DI COLLEGAMENTO DEL RADIO MODEM

23 Descrizione delle funzioni delle linee: DTR Opera come un interruttore ON/OFF del modem DTR Opera come un interruttore ON/OFF del modem CD Si attiva in presenza di un segnale che superi il livello di sensibilità del modem sul canale radio in uso 8può anche essere influenzato da interferenze radio) CD Si attiva in presenza di un segnale che superi il livello di sensibilità del modem sul canale radio in uso 8può anche essere influenzato da interferenze radio) RSSI Misura lintensità del segnale radio ricevuto (valori da 1V a 5V): RSSI Misura lintensità del segnale radio ricevuto (valori da 1V a 5V): CTS Indica quando il radio modem è pronto a ricevere dati dallinterfaccia RS-232 CTS Indica quando il radio modem è pronto a ricevere dati dallinterfaccia RS-232 SGND E la massa del segnale per RSSI. Allinterno del modem coincide con il pin 8 SGND E la massa del segnale per RSSI. Allinterno del modem coincide con il pin 8 GND E il polo negativo dellalimentazione. Allinterno del modem coincide con il pin 7 GND E il polo negativo dellalimentazione. Allinterno del modem coincide con il pin 7 RD Uscita dei dati ricevuti RD Uscita dei dati ricevuti DSR Indica lo stato ON del modem DSR Indica lo stato ON del modem TD Ingresso dei dati da trasmettere TD Ingresso dei dati da trasmettere MODE Quando la linea 12 è aperta, il radio modem è in modalità DATA ed è pronto per ricevere o trasmettere i dati. Quando la linea è connessa a massa (pin 8) il radio modem è in modalità PROGRAM (programmazione). MODE Quando la linea 12 è aperta, il radio modem è in modalità DATA ed è pronto per ricevere o trasmettere i dati. Quando la linea è connessa a massa (pin 8) il radio modem è in modalità PROGRAM (programmazione). RTS Previene il trasferimento dei dati ricevuti dal modem sulla linea RD RTS Previene il trasferimento dei dati ricevuti dal modem sulla linea RD VB+ Polo positivo di alimentazione. Esistono due pin dedicati a questo scopo nel caso in cui si vogliono effettuare controlli sul valore effettivo della tensione oppure nel caso si debba alimentare il radio modem con due sorgenti. VB+ Polo positivo di alimentazione. Esistono due pin dedicati a questo scopo nel caso in cui si vogliono effettuare controlli sul valore effettivo della tensione oppure nel caso si debba alimentare il radio modem con due sorgenti.

24 RADIOMODEM – principi ed applicazioni TRASMETTERE CON IL RADIO MODEM Il SATELLINE 3AS è pronto a trasmettere i dati 400ms dopo essere stato alimentato e dopo che il DTR si è commutato suON. Esistono due differenti modalità per iniziare la trasmissione: Trasmissione basata sullhandshaking del CTS o del CD. Trasmissione basata sullhandshaking del CTS o del CD. Trasmissione dati con connessione direttamente sul TD. Trasmissione dati con connessione direttamente sul TD.

25 RADIOMODEM – principi ed applicazioni RICEVERE CON IL RADIO MODEM Il SATELLINE 3AS è pronto a ricevere i dati 400ms dopo essere stato alimentato e dopo che il DTR si è commutato suON. Per rendere disponibile sul pin 5 del connettore D15 del radio modem la funzione RSSI funzione, occorre fare una modifica (reversibile) interna allapparato.

26 RADIOMODEM – principi ed applicazioni RICEVERE CON IL RADIO MODEM Labilitazione di questo pin alla funzione RSSI può come dicevo tornare utile in fase di installazione del sistema per il corretto posizionamento delle antenne. Infatti può essere abilitata una funzione di TEST MODE che permette di spedire pacchetti sul canale radio in due modalità: Short block test Short block test Long block test Long block test In questa maniera, disponendo di un segnale noto, si può in entrambe le direzioni, posizionare le antenne (lato TX e lato RX) fino ad ottenere il segnale massimo risultante dal pin dellRSSI.

27 RADIOMODEM – principi ed applicazioni PROGRAMMAZIONE DEL RADIO MODEM Il SATELLITE 3AS normalmente, quando la line 12 del connettore D15 è aperta, si trova in DATA MODE, cioè in uno stato che gli consente di effettuare la trasmissione dei dati. Quando invece la linea 12 viene messa a massa (GND) il modem commuta in PROGRAM MODE e la porta seriale viene impostata a 9600 bps, N, 8, 1. A questo punto le caratteristiche del Radiomodem possono essere cambiate:

28 PROGETTARE UNA RETE PER TRASMISSIONE DATI VIA RADIO I fattori che influenzano la qualità e larea di copertura di un segnale radio sono: Potenza dei trasmettitori Potenza dei trasmettitori Sensibilità dei ricevitori Sensibilità dei ricevitori Tolleranza delle radiazioni spurie sul segnale di modulazione radio (Reiezione al canale adiacente, selettività IF, attenuazione da intermodulazione, attenuazione delle radiazioni spurie) Tolleranza delle radiazioni spurie sul segnale di modulazione radio (Reiezione al canale adiacente, selettività IF, attenuazione da intermodulazione, attenuazione delle radiazioni spurie) Guadagno delle antenne in trasmissione ed in ricezione Guadagno delle antenne in trasmissione ed in ricezione Perdite sul cavo coassiale di antenna Perdite sul cavo coassiale di antenna Altezza delle antenne trasmittenti e riceventi Altezza delle antenne trasmittenti e riceventi Presenza di ostacoli naturali Presenza di ostacoli naturali Interferenze causate da altri apparati emittenti Interferenze causate da altri apparati emittenti

29 PROGETTARE UNA RETE PER TRASMISSIONE DATI VIA RADIO Prendendo come riferimento per le installazioni, le caratteristiche del radio modem di tipo SATELLINE 3AS, con una potenza di 1W e con una sensibilità del ricevitore dichiarata di -108dBm, in spazio libero e con unantenna da 1/4 donda (guadagno 1dBi) posta ad unaltezza di 1 metro da terra, si possono raggiungere distanze di 3 … 4Km. La distanza può essere migliorata raggiungendo anche i 30Km a seconda delle condizioni topografiche, mettendo apposite antenne direttive di tipo YAGI o Corner Reflector:

30 PROGETTARE UNA RETE PER TRASMISSIONE DATI VIA RADIO Situazioni particolari possono essere risolte installando dei ripetitori intermedi (relay station):

31 PROGETTARE UNA RETE PER TRASMISSIONE DATI VIA RADIO INSTALLAZIONE DELL ANTENNA Quando si installa unantenna è necessario tenere in considerazione anche i seguenti parametri: Presenza nelle vicinanze di stazioni base per telefonia cellulare Presenza nelle vicinanze di stazioni base per telefonia cellulare Presenza di trasmettitori televisivi Presenza di trasmettitori televisivi Presenza di altri radio modem in attività Presenza di altri radio modem in attività Presenza di Computer nel raggio di 5m dal radio modem Presenza di Computer nel raggio di 5m dal radio modem

32 PROGETTARE UNA RETE PER TRASMISSIONE DATI VIA RADIO INSTALLAZIONE DELL ANTENNA E spesso necessario installare lantenna in posizione remota rispetto al radio modem. Il cavo per collegare il radio modem allantenna deve essere scelto tenendo in considerazione i seguenti dati: LunghezzaCavoAttenuazione 5mRG583.0dB/10m/450MHz 5 ÷ 20 mRG2131.5dB/10m/450MHz >20 mAirCom+0.8dB/10m/450MHz >20 mNokia RFX ½0.5dB/10m/450MHz

33 NORMATIVE La materia di normative è molto complessa ed articolata comunque importanti documenti in materia di telecomunicazioni via radio sono: DPR del 5 Ottobre 2001 n. 447 – Regolamento recante disposizioni in materia di licenze individuali e di autorizzazioni generali per i servizi di telecomunicazione ad uso privato. DPR del 5 Ottobre 2001 n. 447 – Regolamento recante disposizioni in materia di licenze individuali e di autorizzazioni generali per i servizi di telecomunicazione ad uso privato. Raccomandazioni CEPT/ERC/REC Raccomandazioni CEPT/ERC/REC Principalmente le applicazioni principali sono riassunte nella seguente tabella:

34 NORMATIVE BANDAFREQUENZARESTRIZIONERAGIONE R MHzNon implementataMilitare E – MHzLimitata a – per segnali audio a 12.5KHz o a 25KHz di spaziatura canale Militare I – MHzMassimo 25mW erpMilitare A2400 – MHzAutorizzazione generale richiesta B5150 – 5350MHzAutorizzazione generale richiesta C5470 – 5725MHzAutorizzazione generale richiesta D17.1 – 17.3GHzAutorizzazione generale richiesta A*2446 – 2454MHzNon implementata--- B*9200 – 9500MHzNon implementataMilitare C1135 – 140KHzNon implementataIn studio C2140 – 148.5KHzNon implementataIn studio K3155 – 3400KHzNon implementata--- A**29.7 – 47.0MHzLimitata a 41 – 43.6MHzMilitare E*470 – 862MHzLimitata a 470 – 854MHz854 – 862MHz banda Militare F1785 – 1800MHzNon implementataMilitare A***2446 – 2454MHzNon implementata--- B**9 – 315KHzNon implementata--- B***864.8 – 865MHzNon implementata---

35 TECNICHE DI MISURA Gli strumenti e gli accessori normalmente impiegabili per effettuare misure e rilevamenti (bonifiche del territorio) per la corretta installazione di sistemi radio modem, sono di seguito elencati: Analizzatore di spettro Analizzatore di spettro Ros-Wattmetro Ros-Wattmetro Carico fittizio Carico fittizio Set adattatori Set adattatori Antenne (direttive, 1/4 donda) Antenne (direttive, 1/4 donda) Radio modem Radio modem

36 TECNICHE DI MISURA ANALIZZATORE DI SPETTRO Lanalizzatore di spettro è uno strumento che fornisce limmagine, sullo schermo (tubo catodico o LCD), dello spettro di ampiezza di un segnale elettrico. Non rappresenta invece la componente continua.

37 TECNICHE DI MISURA ANALIZZATORE DI SPETTRO Lo strumento che normalmente impieghiamo per questo tipo di misure, è il modello FSH3 della ROHDE&SCHWARZ:

38 TECNICHE DI MISURA ROSWATTMETRO Questo strumento in realtà rappresenta laccorpamento di due strumenti in uno e cioè : Wattmetro ovvero misuratore di potenza in uscita dal trasmettitore Wattmetro ovvero misuratore di potenza in uscita dal trasmettitore ROSMETRO ovvero misuratore di onde stazionarie ROSMETRO ovvero misuratore di onde stazionarie

39 TECNICHE DI MISURA CARICO FITTIZIO Permette di simulare limpedenza di antenna, utile nelle fasi di test e misura in quanto a priori non si può conoscere leffettivo adattamento del sistema. Per i nostri impieghi ha una impedenza di 50ohm

40 TECNICHE DI MISURA SET ADATTATORI

41 TECNICHE DI MISURA ANTENNE Antenna ¼ donda di tipo Ground Plane Antenna YAGI

42 TECNICHE DI MISURA RADIO MODEM 3AS 3AS EPIC

43 FINE


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