Parámetros I

7/25/2019 Parmetros I

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2.Parmetros Fundamentales 12Sistemas Radiantes 2009-10.

2.1 Introduccin

Las antenas van a ser una parte fundamental de un sistema de comunicaciones y por

tanto sus caractersticas van a influir en todo el sistema.

En este tema estudiaremos los parmetros que nos definen las caractersticas de unaantena, sin importar que tipo de antena es, o que causas producen la radiacin

En base al teorema de reciprocidad se demuestra que las antenas tienen las mismascaractersticas en transmisin y recepcin, pero a la hora de definir los parmetros quelas caracterizan se emplean por conveniencia diferentes parmetros en Tx y Rx, aunqueveremos que son equivalentes.


2.2 Parmetros en Tx

2.2.1 Impedancia

La antena ser la terminacin del sistema de transmisin y el amplificador de transmisinla ver como una carga, es decir ser equivalente a una impedancia donde se disipa lapotencia que l genera, aunque en realidad no se est disipando, sino que se radia.

Para conseguir la mxima transmisin de potencia el transmisor y la antena tienen que

estar adaptados.

A la entrada de la antena se define el parmetro impedancia de entrada Ze (Zin) como larelacin tensin/corriente en ese punto.

Tendr una parte real Re(w) y una parte imaginaria Xe(w) que dependern de lafrecuencia.

Ze(w)=Re(w)+jXe(w)

Si Ze no tiene parte reactiva a una frecuencia determinada (Xe=0) se dice que es una

antena resonante a esa frecuencia.


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Como la antena radia energa hay una perdida neta de potencia. Se puede asignar esaprdida a una resistencia llamada resistencia de radiacin Rr, que se define como el valor dela resistencia que disipara hmicamente la misma potencia que la radiada por la antena.

No toda la energa entregada a la antena se radia, parte se pierde en la propia antena.

Principalmente son perdidas hmicas debidas a la resistividad de los materiales de laantena, auque puede haber otras causas. Todas las prdidas se engloban en unaresistencia de perdidas R . La resistencia de entrada es la suma de la de radiacin y la deprdidas.

Re=Rr+ R

Se define la eficiencia de la antena como la relacin entre potencia radiada y potenciaentregada, o lo que es equivalente, la resistencia de radiacin y la resistencia de entrada.

RR

R

P

P

r

r

Entregada

Radiadal


La impedancia de entrada es un parmetro muy importante, que puede servir por si mismopara evaluar si una antena es til para una determinada aplicacin o no.

Una Ze con una parte imaginaria muy grande respecto de la parte real supone que slo unpequea parte de la energa se radia mientras que el resto estar entrando y saliendo de laantena sin llegar a radiarse, por lo que esa antena no es utilizable para esa aplicacin (aesa frecuencia)

Hay otros parmetros que son ms fcilmente medibles, que estn relacionados con laimpedancia de entrada y que permiten calcularla de forma indirecta:

Coeficiente de Reflexin:

Prdidas de Retorno (dB):

Relacin de Onda Estacionaria (ROE):

0

011

ZZ

ZZS

i

i

)log(20

1

1ROE


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2.2.1 Densidad de Potencia, Vector de Pointing, Intensidad de Radiacin.

Una de las propiedades de las antenas es que son capaces de dirigir la potencia radiada endeterminadas direcciones. Necesitaremos algunos parmetros que nos definan esadireccionalidad.

El sistema de coordenadas utilizadonormalmente al estudiar antenas es el esfrico,que slo necesita dos parmetros (,) paradefinir una direccin.

Los vectores unitarios forman la baseortogonal que permite definir cualquier vectorcomo combinacin de ellos.

= /2= /2

=0

=/2=0

,,r


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A una distancia suficiente de la antena la energa se radia de forma esfrica y los frentes deonda son localmente planos, es decir los vectores son:

Perpendiculares entre si Perpendiculares a la direccin de propagacin ( ) Su mdulos se relacionan con la impedancia caracterstica del medio (=120 en el

vaco) de forma que:

Como en general usaremos seales sinusoidales podemos emplear la notacin fasorial.

A partir de los vectores de campo elctrico y magntico se obtiene la densidad de flujo porunidad de superficie o su mdulo la densidad de potencia radiada como (valoreseficaces):

HyE

r

H

E

2* W/m)HERe(),(s


A ese vector se le conoce como vector de Poynting y tambin se representa como

Por las propiedades de las ondas planas se puede expresar en funcin del valor eficaz delcampo elctrico como:

Si se utilizan valores de pico en lugar de eficaces hay que aadir un 2 en el denominador.La potencia total radiada se puede obtener por integracin del flujo de potencia a travsde una esfera que encierre a la antena

Angulo s lido : Zona del espacio abarcada por una sucesin de lneas radiales con vrticeen el centro de una esfera. Su unidad es el estereorradin (ngulo slido que abarca unasuperficie esfrica r2 con un radio r). La esfera completa tiene 4 estereorradianes.

P

r),(E),(E1),(S 22

sdPr

s

),(S


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La intensidad de radiacin es la potencia radiada por unidad de ngulo slido en unadeterminada direccin. A distancias grandes es independiente de la distancia a la antena.(tambin se representa como U(,) )

Tambin sirve para calcular la potencia radiada total por integracin.

),(r,Sr

d

dS),(r,S),K( 2

dPr

4

),K(

2.2.2 Diagrama de Radiacin

Se define como una representacin grfica de las propiedades de radiacin de una antena(intensidad de radiacin, campos elctrico y magntico, etc) en funcin de las distintasdirecciones del espacio.

Si se quiere representar adems el carcter vectorial de los campos, deberan representarselas dos componentes E, E

Como el campo magntico se puede calcula a partir del elctrico slo es necesariorepresentar este ltimo. Tambin la densidad de potencia se calcula a partir del campoelctrico con lo que dibujar un diagrama radiacin de potencia o del mdulo del campo esequivalente.


Normalmente las magnitudes representadas se normalizadas respecto a su valor mximo yde forma logartmica (en dB).

El diagrama de radiacin es un figura tridimensional por lo que no resulta fcil dibujarlo enun papel, existen diversas formas de hacerlo:

Diagrama Tridimensional


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Diagrama tridimensional con cambio de variables:


Diagrama bidimensional con curvas de nivel


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En muchos casos es mucho ms sencillo y suficiente representar cortes al diagrama deradiacin. Los planos de corte habituales son los de constante (paralelos) o los de constante (meridianos).

Para la mayora de las antenas existen dos planos de corte principales. stos son:

Plano E: Formado por la direccin de mxima radiacin y el vector de campo elctrico enesa direccin.

Plano H: Formado por la direccin de mxima radiacin y el vector de campo magnticoes esa direccin.

Los dos planos son perpendiculares (porque E y H lo son) y su interseccin es la direccinde mxima ganancia (por la forma en que se han definido).

Los cortes se pueden representar de forma polar o en forma cartesiana


E

H

2

Cte

Plano H

Plano E

Ejemplo: Dipolo Corto

Diagramas Polares


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Plano E

Plano H

Diagrama Plano E en formacartesiana


Forma Polar:Se representa dentro de una circunferencia, el ngulo representa la direccin del espacio yel radio es la magnitud a representar. Tiene la ventaja de dar una informacin direccionalfcilmente interpretable, pero resulta difcil extraer valores.

Forma Cartesiana:Se representa en el eje y la magnitud del diagrama y en el eje x la variable angular. Estetipo de representacin es menos clara visualmente pero resulta ms fcil obtener valores.

Normalmente se habla de diagramas de radiacin aunque en realidad nos estemosrefiriendo a los cortes del diagrama.

Hay dos casos especiales de diagramas:Radiador Istropo: Son antenas ideales que radian igual en todas las direcciones. Sudiagrama de radiacin es una esfera y todos sus cortes circunferencias.

Radiador Omnidireccional: Son las antenas cuyo diagrama de radiacin presenta simetrade revolucin entorno a un eje. Para definir el diagrama es suficiente con dibujar un corteque contenga al eje (el diagrama sera la revolucin de ese corte).


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Parmetros del Diagrama

De los diagramas de radiacin se suelen extraer algunos parmetros que nos dan una ideade cmo radia la antena:

Lbulo: Porcin del diagrama delimitada por regiones de radiacin ms dbil.

Lbulo Principal: Contiene la direccin mxima radiacin.

Lbulos secundarios: Los no principales.

Lbulos laterales: Los adyacentes al lbulo principal

Lbulo posterior: En direccin opuesta al principal.

Nivel de Lbulos Secundarios: Del mayor lbulo secundario respecto al principal.

Ancho del haz pr incipal a -3dB: Entre puntos de potencia mitad (BW-3dB) Da idea

de la directividad.

Ancho del haz pr incipal entre nulos: BWNulos~2.25 BW-3dBRelacin delante detrs: Relacin entre el lbulo principal y el posterior.


Antenas de UHF diseadas para permi ti r un fci l montaje,obteniendo impor tantes economas del tiempo de instalaciny ptimas caractersticas elctricas. Estn diseadas pararecibir seal en po larizacin Vertical u Horizontal. La ampliagama de modelos permite cubrir la gran variedad deescenarios existentes.APLICACINInstalaciones de TV terrestre digital y analgica, tanto colectivas,comoindividuales.CARACTERSTICAS El amarre a mstil, as como la caja de conexin, van fijados pormedio de un sistema de mariposa, en tamao ergonmico, quepermite apretarlo manualmente.

Para el montaje de los reflectores, se ha previsto un sistema deenganche rpido por presin sin utilizar ninguna herramienta. Incorpora simetrizador con circuito impreso realizado en fibra devidrio, garantizando sus caractersticas durante todo el perodo devida de la antena.


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