Medición de Alcance y comparativa de Radios y Antenas en condiciones no-ideales

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Introducción

En esta nota técnica se brinda al lector información real sobre pruebas de campo realizadas con
equipos y antenas de CTM Electrónica, mostrando la comparativa de los rendimientos respecto
al alcance en cada uno de los casos.
El objetivo es que el usuario tenga una herramienta para evaluar la factibilidad de proyectos
desde el punto de vista de las distancias a cubrir, y que equipos y antenas utilizar en esas
condiciones para implementarlo de forma segura con la mejor relación de costo.
Anteriormente hemos realizado pruebas de alcance con equipos en visión directa buscando la
máxima distancia alcanzada. En los proyectos reales las condiciones de realización no son las
ideales y es por eso que decidimos realizar las pruebas en zona urbana con muchas casas bajas
(2 plantas máximas) y tupidas arboledas.
En conjunto con este artículo hemos realizado un video documental que muestra las condiciones
y forma en que se llevaron a cabo las mediciones, el video puede ser visto en el siguiente vínculo:
https://youtu.be/z2CCEc7Bj9o


¿Cómo se midió y que equipos se utilizaron?

Se colocó una base transmisora fija y un medidor de señal ubicado en un automóvil. El automóvil
se desplazó a los puntos de medición en los cuales se tomaron las lecturas para diferentes
transmisores y antenas.
Los puntos de medición fueron a las siguientes distancias entre TX y RX:

  1. PUNTO A = 1000 mts
  2. PUNTO B = 2000 mts
  3. PUNTO C = 3000 mts

Estas distancias son las más utilizadas en la práctica, pero cabe aclarar que en visión directa se
logran alcances de más de 20Km.
En cada punto se transmitió con equipos de las siguientes características:

  1. 1100mW GFSK
  2. 500mW GFSK
  3. 100mW Espectro expandido
  4. 500mW Espectro expandido

(Los equipos LORA, para la misma potencia que los GFSK, duplican su alcance. Por lo tanto, la producción de equipos GFSK solo se mantiene a los efectos de dar soporte y repuestos a los productos ya vendidos, para proyectos nuevos se recomienda utilizar LORA).

Estos módulos son utilizados en diferentes modelos de equipos fabricados por CTM. Al final de la nota se adjunta una tabla con los nombres de los modelos de los equipos en función del módulo transceptor de radio que utilizan.

Antenas y medidor de intensidad de campo

Las antenas utilizadas fueron:

Cada uno de los equipos transmisores ha transmitido con ambas antenas y el medidor de señal ubicado en el móvil, también ha recibido con ambas antenas.

El medidor de intensidad de campo ubicado en el móvil toma las lecturas de la cantidad de dbm recibido, la lectura se aprecia en –dbm, por lo tanto, a menor valor absoluto mayor señal recibida.

Vamos a calcular la cantidad de mediciones realizadas

Cada equipo realiza un total de 3 transmisiones por punto de medición. Esto es así por la combinación de antenas para dicho equipo:

  1. TX con APPCON y Medidor con APPCON
  2. TX con Ringo y Medidor con Ringo
  3. TX con APPCON y Medidor con Ringo

La opción Ringo/APPCON no es necesaria porque desde el punto de vista de las ganancias puestas en juego da el mismo resultado que el punto 3 (APPCON/Ringo)

Como vimos más arriba, hemos realizado las pruebas con 4 equipos diferentes, por lo tanto, en cada punto de medición realizamos un total de 12 lecturas.

Como nos ubicamos en 3 puntos diferentes, realizamos un total de:

Total de lecturas = 36

Tabla de resultados de las mediciones

Gráficos comparativos

A continuación, se presentan los gráficos de ganancia en función de las antenas y equipos utilizados. Primero se van a comparar mismos equipos con diferentes antenas, y luego mismas antenas con diferentes equipos.

Los equipos que reciban por debajo de la zona marcada en rojo, no se recomienda que sean instalados en esas condiciones. De ser posible se debe, o bien aumentar la potencia del equipo, utilizar antenas más potentes o utilizar repetidores de señal.

El objetivo es poder sacar conclusiones sobre qué combinación de antenas y equipos utilizar para determinadas condiciones en nuestros proyectos particulares.

Equipo vs antenas diferentes

En este caso podemos ver que con el equipo de 100G podemos usar:

  • APPCON menor a 1000mts
  • Mixta menor a 1000mts
  • Ringo hasta los 1500mts aprox.

En este caso podemos ver que con el equipo de 500G podemos usar:

  • APPCON hasta 1000mts
  • Mixta hasta 2000mts
  • Ringo hasta 2500mts

En este caso podemos ver que con el equipo de 100S podemos usar:

  • APPCON hasta los 1000mts
  • Mixta hasta los 2000mts
  • Ringo hasta los 3000mts

En este caso podemos ver que con el equipo de 500S podemos usar:

  • APPCON hasta los 2000mts
  • Mixta hasta los 3000mts
  • Ringo más de 3000mts

Antenas vs Equipos

Conclusiones

Los resultados muestran claramente que las antenas Ringo pueden lograr alcances que resultan imposibles con las antenas de APPCON.

También se puede ver que, los módulos de Espectro Expandido permiten mayores distancias con las mismas antenas.

En los sistemas punto a punto donde solo se utilizan 2 equipos, se puede sobredimensionar el sistema en un alto factor ya que, al ser solo 2 equipos, el costo no se incrementaría mucho.

Para poder determinar en los sistemas multipunto qué tipo de equipos/antenas utilizar, es recomendable tener el diagrama con todas las cotas marcadas y en función de esto, y haciendo uso de los resultados expuestos, elegir el equipamiento con un criterio científico.

La elección del equipamiento a utilizar depende de varios factores, como ser: el económico, la posibilidad de colocación de antenas, las distancias a cubrir, cantidad de obstáculos, la topología de la red, posibilidad de repetidores de señal, etc.

Lo que recomendamos desde CTM Electrónica es que el cliente se comunique con nosotros, nos plantee el proyecto y que juntemos encontremos la mejor combinación de equipamiento a utilizar.

Ing. Marcos Tagliani

ANEXO: MODELOS DE EQUIPOS PARA LOS DIFERENTES MÓDULOS DE RADIO PROBADOS

NOTA: Los equipos LORA, para la misma potencia que los GFSK, duplican su alcance. Por lo tanto, la producción de equipos GFSK solo se mantiene a los efectos de dar soporte y repuestos a los productos ya vendidos, para proyectos nuevos se recomienda utilizar LORA.