Radiación y Radiocomunicación

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Tema 2

Fundamentosde antenas

Carlos CrespoDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones

ccrespo@us.es

Radiación y Radiocomunicación

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Antenas

1. Introducción• Ecuación de Helmholtz

2. Radiación de un elemento de corriente

Ecuaciones de Maxwell

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Antena: dispositivo conductor que emite (recibe) potencia electromagnética de forma eficiente

• El campo eléctrico surge al variar el campo magnético

• El campo magnético surge al variar el campo eléctrico o si hay corriente

• El campo eléctrico se origina en las cargas eléctricas

• No existe el monopolo magnético

• La corriente surge al moverse las cargas

Ecuaciones de Maxwell 2

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Ecuación de ondas de Helmholtz

Elemento de corriente1

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dS

dl Jz

Jz dl dS = I dl

Elemento de corriente 2

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zrrjk

Idl aAπ

µ4

)exp( 0

0

−=

Elemento de corriente 3

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Conclusión

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La sabiduría me persigue ...

... pero yo soy más rápido.

Estudiante anónimo

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3. Parámetros de una antena• Patrón de radiación

• Ganancia directiva, directividad y ganancia de una antena

• Resistencia de radiación

• Ancho del haz de una antena

4. Otros dipolos lineales. El dipolo de λ/2• Dipolo corto real

• Dipolo de λ/2

• Dipolo de longitud arbitraria

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Ganancia directiva:

Directividad:max0 ),( φθDD =

Ganancia de una antena:

Patrón de radiación 1

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Patrón de radiación

Patrón de radiación 2

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Antenas lineales

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Dipolo lineal de λ/2

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Patrón de radiación del dipolo de λ/2

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Dipolo de longitud arbitraria

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a: radio del elementoen longitudes de onda.

Patrones de dipolos de longitud arbitraria

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Conclusión

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Si se sigue con el ojo por ojo,

el mundo terminará ciego.

Mahatma Gandhi

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5. Antenas en recepción• Igualdad de los patrones direccionales

• Igualdad de las impedancias

• Igualdad de las longitudes efectivas

• Polarización

• Área efectiva

6. Impedancia de una antena• Circuito equivalente de una antena

• La antena como línea de transmisión

7. Arrays lineales• Multiplicación de patrones

Antenas en recepción

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Igualdad de patrones en transmisión y recepción

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Generador ideal de corriente

Voltímetro ideal

Voltímetro ideal

Generador ideal de corriente

Igualdad de impedancias en transmisión y recepción

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aZZIV

Z =→= 222

222

21212 IZIZV a+=

Las impedancias de la antena como elemento radiante y como elemento receptor son iguales

Igualdad de las longitudes efectivas

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Longitud efectiva en transmisión:

Longitud efectiva en recepción:

Polarización

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E

H

AntenaPolarizadaverticalmente

Área efectiva

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Para un elemento de corriente:

Generalizando:

Impedancia de una antena

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R(ω)

L

C

Antena cónica

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2θ1

r

a

l=λ/2

Arrays lineales

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I0 kI0ejα

Patrones de dos antenas omnidireccionales

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d = λ/2α = 0º

d = λα = 0º

d = λ/4α = -90º

d = λ/2α = 180º

Conclusión

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Radiación y Radiocomunicación

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8. Antenas próximas al suelo• Monopolo de λ/4

• Transmisión en presencia de un plano conductor

9. Antenas prácticas• Baluns

• Dipolo doble

• Antenas para VHF

• Antenas para UHF y SHF

10. Fórmula de transmisión de Friis• Ecuación RADAR

Multiplicación de Patrones

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Patrón sin lóbulos secundarios

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Dipolo vertical en presencia de un plano conductor

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Dipolo horizontal en presencia de un plano conductor

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Variación de la resistencia de radiación con la altura

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Antena monopolo

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Transmisión en tierra plana

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d

Transmisión en tierra plana

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Antenas prácticas. Baluns

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Dipolo doble

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Antena Yagi-Uda

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Un reflector y un director:

3 dB

8 – 10 elementos:14 dB

Ra = 20 Ω

BW = 20 – 30 %

Antena periódica-logarítmica

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τ = 0,8 – 0,96

8 – 12 dB

Antena de parche de microstrip

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R. Borrero: Colaboración con GSR

Antena de bocina

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a

b

R. Borrero: Proyecto Fin de Carrera

Antena parabólica

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Antena parabólica

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G = 20.4 + 10 log eT + 20 log D(m) + 20 log f (GHz)

)()(

2170º

mDGHzfDBW ==

λ

BB

Gφθ

20000=

Antena parabólica

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Fórmula de transmisión de Friis

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Tierra plana:

Ecuación de RADAR

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Potencia captada por un objeto de sección eficaz σ :

Potencia recibida por el receptor del RADAR:

PT, GTσ

d

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Es mejor ver cosas que hacer cosas

Homer Simpson©