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Fundamentos de Radiacin y Radiocomunicacin

Juan Jos Murillo Fuentes Departamento de Teora de la Seal y Comunicaciones

Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla

19 de noviembre de 2007

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Fundamentos de Radiacin y Radiocomunicacin

1 Edicin. 2007

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1 Edicin 2007

Autor: Juan Jos Murillo Fuentes

murillo esi.us.es

Copyright 2006

ISBN: 978-84-88783-84-4

Puede encontrar ms material sobre estos temas en

http://www.personal.us.es/murillo/docente/radio/Radioprincipal.htm

Nota legal: Cualquier uso al margen de la asignatura de radiacin y radiocomunicacin deber ser permitido expresamente por el autor. Si parte o la totalidad del texto va a ser utilizado en la elaboracin de otro material, deber ser citado en el mismo, indicando ttulo y nombre del autor.

http://www.personal.us.es/murillo/docente/radio/Radioprincipal.htm

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Este texto constituye una versin personal de los contenidos seleccionados para la asignatura Radiacin y Radiocomunicacin de 4to de Ingeniera de Telecomunicacin de la Universidad de Sevilla y que, junto a los profesores Ivan Durn, Auxiliadora Sarmiento, M Jos Madero y Carlos Crespo, imparto.

Agradecimientos:

Agradezco a los profesores Carlos Crespo, Javier Reina y Rafel Boloix la amabilidad dispensada en la respuestas a todas las dudas y preguntas formuladas. Tambin quisiera agradecer a los alumnos, y en particular a Manuel Gonzlez Relao, a Javier De Jess Gordillo y a Jos Antonio Mora su ayuda en la correccin de erratas. As como el apoyo mostrado a este texto.

En la redaccin o edicin de este texto no intervino ningn alumno.

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Prlogo En el diseo y sobre todo el anlisis de sistemas de radiocomunicacin es necesario tener

unas nociones ms que elementales sobre las partes que los componen. Estas partes son, grosso modo, los moduladores y demoduladores, los transmisores y receptores, las antenas, y el canal de propagacin. El objetivo de este texto es el de aunar en un solo volumen la descripcin de estos temas, de forma que el ingeniero de radio encuentre aqu la descripicin de los espectos ms elementales y bsicos sobre la materia.

Estos apuntes estn en estado de cambio continuo. Por ello se agradecer al lector cualquier comentario o sugerencia que permitan mejorar los mismos1.

1 Puede dirigir cualquier correccin o comentario a murillo esi.us.es

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INDICE Prlogo........................................................................................................................................ vii INDICE........................................................................................................................................ ix Captulo 1. Introduccin ....................................................................................................... 14

1.1 Breve historia de la radiocomunicacin .................................................................. 14 1.2 Receptor Homodino .................................................................................................. 16 1.3 Receptor Superheterodino........................................................................................ 17 1.4 Transmisores.............................................................................................................. 18 1.5 Sistemas...................................................................................................................... 18 1.6 Canales de radio ........................................................................................................ 19 1.7 Bandas de frecuencia ................................................................................................ 19 1.8 Conclusiones .............................................................................................................. 21 1.9 Referencias................................................................................................................. 21

Captulo 2. Antenas ............................................................................................................... 23 2.1 Introduccin............................................................................................................... 23 2.2 La ecuacin de onda o ecuacin de Helmoltz.......................................................... 24

2.2.1 Algunas frmulas previas .....................................................................................................24 2.2.2 Las ecuaciones de Maxwell ..................................................................................................25

2.3 Potencial vector para un elemento de corriente ..................................................... 26 2.4 Dependencia temporal .............................................................................................. 28 2.5 Potencial vector para un elemento de corriente general........................................ 28 2.6 Potencial vector generado por un cuerpo radiante ................................................ 29

2.6.1 Potencial vector en puntos lejanos........................................................................................30 2.7 Potencial vector para un cuerpo radiante lineal..................................................... 31 2.8 Clculo de antenas..................................................................................................... 31

2.8.1 Potencial vector ....................................................................................................................32 2.8.2 Campo Magntico y Elctrico. .............................................................................................32 2.8.3 Campos lejanos.....................................................................................................................33 2.8.4 Vector de Poynting ...............................................................................................................33

Campos lejanos y campos cercanos ..............................................................................................33 2.9 Parmetros de la antena ........................................................................................... 34

2.9.1 Potencia radiada....................................................................................................................34 2.9.2 Resistencia de radiacin .......................................................................................................34 2.9.3 Diagrama o patrn de radiacin............................................................................................34

Vector de Poynting........................................................................................................................34 Intensidad de radiacin..................................................................................................................34 Ganancia directiva y directividad de la antena ..............................................................................35

2.9.4 Impedancia de una antena.....................................................................................................37 ROE y VSWR ...............................................................................................................................38

2.9.5 Ganancia de la antena ...........................................................................................................38 2.9.6 PIRE .....................................................................................................................................39 2.9.7 Ancho de haz 3dB ................................................................................................................40 2.9.8 Otros parmetros ..................................................................................................................40

2.10 Antenas lineales: dipolos y el dipolo /2. ................................................................. 41 2.10.1 Dipolo /2.........................................................................................................................42

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2.10.2 Dipolos de otras longitudes ..............................................................................................45 Intensidad de radiacin..................................................................................................................45 Diagrama de radiacin...................................................................................................................45 Impedancia de radiacin................................................................................................................46 Impedancia de radiacin de un dipolo /2.....................................................................................47

2.10.3 Otras antenas lineales. La espira. .....................................................................................48 2.10.4 Otras antenas lineales. El dipolo corto. ............................................................................49

2.11 Antenas en Recepcin ............................................................................................... 50 2.11.1 Reprocidad .......................................................................................................................50 2.11.2 Impedancia en recepcin..................................................................................................50 2.11.3 Igualdad de los patrones de radiacin ..............................................................................51 2.11.4 Igualdad del pa