Presentación Propagación y Antenas

Analizar de manera general las antenas

1.1 Introduccin

El Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseada especficamente para radiar o recibir ondas electromagnticas (IEEE Std. 145-1983)


1.1 Introduccin

Toda onda se caracteriza por su frecuencia (f) y su longitud de onda (l), ambas relacionadas por la velocidad de propagacin en el medio, que habitualmente en antenas tiene las propiedades del vaco (c=3108 m/s), con c=f


1.1 Introduccin

Analizar de manera general las antenas 1.2. Tipos de Antenas

Antenas almbricas. Se distinguen por estar construidas con hilos conductores que soportan las corrientes que dan origen a los campos radiados. Dipolos, Monopolos, V, Rmbica Circular, Cuadrada, otras formas Hlice

Antenas de apertura y reflectores. En ellas la generacin de la onda radiada se consigue a partir de una distribucin de campos soportada por la antena y se suelen excitar con guas de ondas. Piramidales, cnicas, aperturas y ranuras sobre planos

conductores. Tipo reflector- parablicas, asociadas a un alimentador

primario, logran grandes ganancias.

Analizar de manera general las antenas 1.2. Tipos de Antenas

Agrupaciones de antenas. En ciertas aplicaciones se requieren caractersticas de radiacin que no pueden lograrse con un solo elemento; sin embargo, con la combinacin de varios de ellos se pueden conseguir patrones de radiacin especficos.

Arreglos: lineales, circular o plana


1.3. Mecanismos de Radiacin

1.4. Distribucin de Corriente en una antena lineal

Parmetros fundamentales de una antena

Diagrama de Irradiacin Patrn de radiacin de Antena Representacin grfica de las propiedades de

radiacin de la antena, en funcin de las distintas direcciones del espacio, a una distancia fija.

Como el campo magntico se deriva directamente del elctrico, la representacin podra realizarse a partir de cualquiera de los dos, siendo norma habitual que los diagramas se refieran al campo elctrico.


Diagrama de Irradiacin Patrn de radiacin de Antena

La densidad de potencia es proporcional al cuadrado del mdulo del campo elctrico, por lo que la representacin grfica de un diagrama de potencia contiene la misma informacin que un diagrama de campo.

En la prctica se presentan diagramas de radiacin de la ganancia de la antena expresada en dB.


Diagrama de Irradiacin Patrn de radiacin de Antena

Parmetros fundamentales de una antena Diagrama de Irradiacin Patrn

de radiacin de Antena El diagrama de radiacin se puede

representar en forma tridimensional.

Para antenas linealmente polarizadas se define el plano E como el que forman la direccin de mxima radiacin y el campo elctrico en dicha direccin. Anlogamente, el plano H es el formado por la direccin de mxima radiacin y el campo magntico en dicha direccin.


Densidad de Potencia de Radiacin


Intensidad de Radiacin

potencia radiada por unidad de ngulo slido en una determinada direccin; sus unidades son vatios por estereorradin


Ancho de haz Angulo formado por los puntos de media potencia del lbulo

principal de radiacin.

Ancho del Haz = 60 Ancho del Haz ~ 5


Directividad

La directividad D de una antena se define como la relacin entre la densidad de potencia radiada en una direccin, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiara a esa misma distancia una antena istropa que radiase la misma potencia que la antena

Un solo lbulo principal ~


Eficiencia de la Antena

Relacin entre la potencia radiada y la entregada.

Ganancia


Ancho de Banda

Todas las antenas, debido a su geometra finita, estn limitadas a operar satisfactoriamente en una banda o margen de frecuencias. Este intervalo de frecuencias, en el que un parmetro de antena determinada no sobrepasa unos lmites prefijados, se conoce como el ancho de banda de la antena.


VSWR Voltage Standing Wave Ratio Coeficiente de Reflexin

VSWR

VSWR = Vmax / Vmin

Prdida de Retorno Return Loss (dB) = 10*Log (Reverse Power/Forward Power)

= 20*Log()


VSWR Voltage Standing Wave Ratio

Potencia reflejada

Reflected Power (%) = 100*(Reverse Power/Forward Power)


Polarizacin

Es la variacin, generalmente del vector campo elctrico, en funcin del tiempo.

Polarizacin Lineal .- Vertical , Horizontal

Polarizacin Circular.- Derecha, Izquierda

Polarizacin Elptica.- Derecha, Izquierda


Polarizacin


Adaptacin

Para que haya mxima transferencia de potencia, la impedancia de la antena Za = Ra + jXa y la impedancia de carga ZL = RL + jXL deben ser complejas conjugadas ZL = Z*a. En este caso

Longitud efectiva y rea equivalente o efectiva

Ecuacin de Friis (Ecuacin de Transmisin)

Isotrpica

Antena Directiva

PIRE Potencia Isotrpica Radiada Efectiva

PER Potencia Radiada Efectiva

d d


Si se considera que la potencia en la carga va a estar dada por:

Adems


De donde:

Donde se conocen como prdidas del espacio libre. Expresado en escala logartmica:


La ecuacin de transmisin nos queda de la forma, en base a la directividad de las antenas:

Considerando la ganancia de las antenas ( donde L representa las prdidas adicionales: lneas de transmisin, conectores, etc):

Cp Coeficiente de desacoplo de Polarizacin Este coeficiente de desacoplo de polarizacin se define

como la relacin entre la potencia recibida por la antenacuando incide sobre ella una onda plana de polarizacinconocida y la que recibira la misma antena al incidir sobreella una onda plana con la misma direccin de propagaciny densidad de potencia, pero cuyo estado de polarizacinsea tal que se maximice la potencia recibida (adaptacinde polarizacin)

Cp = Cos tr

Ta Temperatura de ruido de antena

Representa una temperatura de ruido que representa todas las seales de ruido recibidas por la antena. Las seales son variables en cualquier punto dado por , .

S/N Relacin Seal a ruido

Es el cociente entre las potencias de seal y de ruido recibidas, expresado habitualmente en decibelios. En el caso ideal de antenas y medios sin prdidas y sin desadaptaciones resulta , .

Ta Temperatura de ruido de antena Para el caso de una antena con prdidas (R) y por tanto

una eficiencia l, la potencia de ruido esta dada por:

F Factor de Ruido en el receptor Representa la relacin entre el parmetro S/R a la entrada

del dispositivo y la S/R a la salida del mismo.

Para bajas frecuencias o altas temperaturas (h

F Factor de Ruido en el receptor El valor del ruido generado por el receptor estar

dado por:

Donde Fp es el factor de ruido del receptor y Gp la ganancia del receptor.

Cualquier seal de ruido que ingrese a la entrada del amplificador ser amplificada por el factor de ganancia del mismo (Gp)

NRX =

F Ruido en la lnea de transmisin El valor del ruido generado por una lnea de

transmisin est dada por:

Donde L son las prdidas de la lnea.

Cualquier seal de ruido que ingrese a la lnea de transmisin, a la salida se ver reducida factor de prdida de la misma (L)

NLT =

SRX Sensibilidad del Receptor

Es el nivel mnimo de seal necesario a la entrada del receptor para garantizar la correcta demodulacin de la informacin (procesamiento de la informacin en el receptor).

Puede definirse en trminos de potencia (dBm) y tensin (dBV) en el puerto de RF (entrada) del receptor, o bien campo elctrico (dBV/m) incidente en la antena.

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