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percy-carhuachuco
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Alcances
• En el presente capítulo se analiza un enlace completo entre dos estaciones terrenas.
• Se determina la relación señal a ruido a la entrada del receptor.
• Para efecto de los cálculos se considera que el enlace operara entre 1Ghz y 30Ghz
Parámetros de Antena
• La ganancia de una antena es la razón de la potencia radiada o recibida por unidad de ángulo sólido de una antena en una determinada dirección con la potencia radiada o recibida por una antena isotrópica alimentada con las misma potencia.
Gmax = ( 4π / λ ²) Aeff
Parámetros de Antena
• La eficiencia de una antena es el producto de varios factores como:Eficiencia de iluminación.Eficiencia de spill-over.Eficiencia del acabado de la superficie.Eficiencia de acoplamiento de impedancias.
Parámetros de Antena
• La ganancia de una antena considerando la eficiencia de la misma es:
Gmax = η(π D/ λ)² o
Gmax = η(π D/ f/c)²
La eficiencia η típica de una antena va desde el 55% al 75%.
Patrón de Irradiación
• El patrón de irradiación indica la variación de la ganancia en función de la dirección.
Angulo de Irradiación
• Es el ángulo definido por las direcciones correspondientes al patrón de irradiación donde están contenidas las máximas potencias.
• El Beamwidth de 3db de es el más usado y corresponde a una caída de la mitad de la potencia.
• El Beamwidth de 3db esta relacionado a λ/D.
Angulo de Irradiación
• La relación λ/D depende de la selección de la ley de iluminación.
• Con una iluminación uniforme tendremos un valor del 58.5°.
• Un factor de iluminación no uniforme incrementa el ángulo de 3db.
Angulo de Irradiación
• El valor corrientemente usado es de 70° lo que nos da la siguiente expresión:
Θ 3dB = 70(λ/D)
• El ángulo de 3db para máxima ganancia se determina por:
Θ 3dB = 170/10Exp(Gmax /20)
Polarización
• Las ondas radiadas por una antena tienen dos tipos de campos uno eléctrico y otro magnético.
• Las dos componentes son ortogonales y perpendiculares a la dirección de propagación.
• La polarización de la onda electromagnética esta definida por el campo eléctrico.
Polarización
• El campo electromagnético depende de la frecuencia.
• La dirección del campo eléctrico no es fija y su amplitud no es constante.
• Durante un período el vector que representa al campo eléctrico describe una elipse en el plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
Polarización
• La dirección de rotación del campo eléctrico puede ser horario o antihorario.
• La razón axial se define como:AR = Emax / Emin
Polarización
• Cuando la elipse es un circulo AR = 1 en ese caso decimos que la polarización es circular.
• Cuando uno de los ejes de la elipse predomina sobre el otro decimos que es polarización lineal.
• Dos ondas están en polarización ortogonal si los campos eléctricos describen idénticas elipses con direcciones opuestas
Polarización
• La polarización ortogonal puede ser:Dos señales de polarización ortogonal circular.Dos señales de polarización ortogonal lineal.
PIRE
• Potencia radiada isotrópica equivalente.
• Es la potencia por unidad de ángulo sólido radiada por una antena isotrópica alimentada por una fuente de RF:
GT = 1
PT
La potencia irradiada por Unidad de ángulo sólidoPT / 4π W/esteroradian
Antena Isotrópica
PIRE• En el caso de una antena no isotrópica de
ganancia GT
PT
Distancia RAngulo sólido A/R²
Potencia radiada por Unidad de ángulo sólido
(PT/4π) GT
Area A
Potencia recibida en elArea A
(PT/4π) GT (A/R²) = (PTGT/4πR²) A = ФA
Densidad del Flujo de Potencia
• La señal recibida a una distancia R desde la antena de transmisión sobre un área A subtendida a un ángulo sólido A/R² recibe una potencia definida por:
PR = (PTGT/4π)(A/R²) = ФA
• Donde la densidad de flujo de potencia Ф se expresa en W/m².
Cálculo de la potencia recibida
• La potencia recibida por una antena de área efectiva AReff localizada a una distancia R del punto de transmisión recibe: PR = (PTGT/πR²) AReff
Cálculo de la potencia recibida
• El área efectiva de una antena es expresada como una función de la ganancia GR:
AREFF = GR /(4π / λ²)
• La potencia recibida es la siguente:PR = (PTGT)(λ / 4π R)² GR
Pérdida de Espacio Libre
• La pérdida de espacio libre la podemos deducir de:
PR = (PTGT)(λ / 4π R)² GR
Donde LFS es igual a:(4π R / λ ) ²
• Se puede apreciar que LFS es función de la frecuencia y la distancia.
Uplink (ejemplo)
• Consideremos una estación terrena equipada con:Antena de 4 metros de diámetro. Con una eficiencia η = 0.55.La potencia de transmisión de 100 W / 20 dBFrecuencia del Uplink (Fu ) 14GHz.
Uplink (ejemplo)
• Consideremos un satélite con las siguientes características:Satélite geoestacionario a 40,000 Km.El Beam de antena de recepción de Θ3dB = 2°.Con una eficiencia η = 0.55.Consideramos que la estación terrena esta en
el centro de la cobertura de la antena.
Uplink (ejemplo)
• El flujo de potencia sobre el satélite es:
Ф =(PTGTmax/4πR²) W/m²
• La ganancia de la antena de transmisión es:
GTmax = η(πD/λU) ²
GTmax = η(πD/fU/C) ²
GTmax = 53.1 dB
Uplink (ejemplo)
• La PIRE radiada por la estación terrena es:
PTGTMAX = 53.1 dB + 20 dB(W) = 73.1 dB
• La densidad de flujo de potencia Ф esta determinada por:
Ф = PTGTmax/4πR²
Ф = -89.9 dB (W/m²)
Uplink (ejemplo)
• La potencia recibida en dBW por la antena del satélite es la siguiente:
PR = PIRE – LFS + GRmax
• La atenuación de espacio libre es:
LFS = (4π R / λ ) ²
LFS = 207.4 dB