DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 30 ENERO 2006 APELLIDOS:... NOMBRE: DNI:..

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1 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN A: PROBLMA 1: Consiee un aioenlace sobe un lago e 30 km e vano que uiliza un ansmiso con una poencia isponible e 1W funcionano a.5 GHz. La anena ansmisoa es una bocina piamial aapaa e imensiones A = 36 x B = 4 cm e boca y eo e fase s = = 0.4. La bocina esá siuaa sobe un másil e 30 meos e alua especo al nivel el agua, con su eje siuao hoizonalmene. 1. Calcule las anchuas e haz a 3 B en los planos pincipales y, a pai e ellas, esime la iecivia e la bocina. (1p). Calcule el faco F p e poencia asociao a la eflexión, paa la isancia e 30 km a 30 meos sobe el agua (1p) 3. Como anena ecepoa se uiliza una hélice funcionano en el moo axial e 13 Bi e ganancia, cuál seá el nivel e poencia isponible en su coneco? (p) Solución: Diagamas univesales bocina piamial Plano y Plano H 1. Vamos a las gáficas e bocinas con s=0.4 y =0.4 paa el valo e oenaa =0.7 (-3B), con =1cm, A=36 cm y B=4cm B senθ = 0.6 BW = θ = 34.9º A senθh = 0.75 BWH = θh = 9º D = = Bi BW (a) BW (a) H

2 . Paa el cálculo el faco e poencia, consieamos la suma vecoial el ayo ieco y el ayo eflejao. = one: + = jk o ( 1+ ρ e ) = F = 0log = 6B ρ= -1 (eflexión en el agua) =0.06 meos (ifeencia e caminos ene ayo eflejao y ieco) =0.1m (longiu e ona) k o =π/ 3. Como la hélice en moo axial iene polaización cicula, y las bocinas polaización lineal, enemos unas péias po esacoplo e polaización e 3 B. Aplicano la fómula e Fiis enemos: P x (Bm) = Px (Bm) + G x (Bi) 0log + Fp (B) + G x (Bi) L pol (B) = = 30Bm Bi 19.9Bi + 6B + 13Bi 3B = 67.8Bm p

3 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN A: PROBLMA : Consiee el ipolo e la figua enfenao y paalelo al plano conuco que puee suponese inefinio, funcionano a 1 GHz. L=14 cm Sopoe 7.5 cm Línea Coaxial Zc=50Ω Plano Refleco kl/ Impeancia muua ene os ipolos iénicos, paalelos, enfenaos y sepaaos / 1. Si la auoimpeancia el ipolo aislao es e 68-j4 Ω, calcule la impeancia e enaa el ipolo enfenao al plano (impeancia visa po el cable coaxial e 50 ohm en su exemo supeio) aplicano imágenes. (1p). Calcule las péias po esaapación e impeancia cuano se alimena con un ansmiso aapao a la línea coaxial e 50 Ω que lo excia. (1p) Solución: 1. Vamos a la gáfica e impeancias muuas e os ipolos con un valo e abcisas: kl/ = 1.47, one: k=π/; =30 cm; L=14 cm n la gáfica obenemos: z 1 =-10-j4 Ω. l valo e la impeancia e enaa es enonces: Z in = z 11 z 1 = 78 Ω. Paa el cálculo e las péias po esaapación, calculamos el coeficiene e eflexión a la línea (Z o =50Ω): Zin Zo Γ = = 0. L es = 10log( 1 Γ ) = 0.43B Z + Z in o

4 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN A: TORÍA: 1. Una anena posee una impeancia e enaa e 75+j10Ω y un enimieno e aiación e 0.9. Sabieno que cuano se alimena con una coiene e A e pico genea a 1 km e isancia en la iección e máxima aiación una ensia e poencia e 1 mw/m, calcule la ganancia e la anena en Bi. (1p) one: PIR P 4 S x g π S = = g = = log83.8 = 19.Bi Px 1 Px = I R in = 150W. Una anena con un haz ipo pincel iene una ganancia e 11 Bi. Sabieno que el campo elécico en el lóbulo pincipal vaía como cos 4 θ, calcule la ganancia e poencia en Bi paa la iección θ=0º y φ=30º. (1p) 4 L es = 0log cos 0º =.16B G( θ = 0º ) = 11Bi.16B = 8.84B 3. Un efleco Cassegain cenao, e 1.5 meos e iámeo posee una ganancia e 46 Bi a 15 GHz, cuano se ilumina con una bocina cónica cougaa e 0 Bi e ganancia. Si se cambia la bocina e alimenación po oa e 15 Bi e ganancia, iga cómo vaían los isinos paámeos (ganancia, ancho e haz, lóbulos, eficiencias...) e la anena eflecoa. (1p) 4.6 Comenzamos calculano la eficiencia oal: G = ε A ap = 10 ε = 0. 7 Po lo ano, la siuación e paia es con anena ópimamene iluminaa. Al euci la ganancia el alimenao, su haz pincipal se ensancha, e moo que ilumina la apeua el efleco más unifomemene (C mayo en el boe). so se auce en un aumeno e la eficiencia e iluminación y ececimieno e la eficiencia e spillove. La ganancia oal y la eficiencia oal isminuyen al pasa e una siuación ópima a oa isina. La foma e iluminación más unifome se auce en una eucción (ligea) e la anchua el lóbulo pincipal y un aumeno e los lóbulos secunaios. 4. Qué alcance se puee consegui po popagación ionosféica a 100 MHz? xplique su espuesa. (1p) n esa fecuencia, la ensia e elecones e la ionosfea no es capaz e efleja el ayo hacia la Tiea, y la ona sale hacia el espacio exeio, con lo que no se puee esablece comunicaciones po popagación ionosféica a esas fecuencias.

5 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN B: PROBLMA 1: Consiee un aioenlace sobe un lago e 15 km e vano que uiliza un ansmiso con una poencia isponible e 1W funcionano a 3.75 GHz. La anena ansmisoa es una bocina piamial aapaa e imensiones A = 4 x B = 0 cm e boca y bajo eo e fase. La bocina esá siuaa sobe un másil e 30 meos e alua especo al nivel el agua, con su eje siuao hoizonalmene. 1. Calcule las anchuas e haz a 3 B en los planos pincipales y, a pai e ellas, esime la iecivia e la bocina. (1p). Calcule el faco F p e poencia asociao a la eflexión, paa la isancia e 15 km a 30 meos sobe el agua (1p) 3. Como anena ecepoa se uiliza una hélice funcionano en el moo axial e 10 Bi e ganancia, cuál seá el nivel e poencia isponible en su coneco? (p) Solución: Diagamas univesales bocina piamial Plano y Plano H 1. Vamos a las gáficas e bocinas con s=0 y =0 paa el valo e oenaa =0.7 (-3B), con =8cm, A=4 cm y B=0cm B senθ = 0.5 BW = θ = 3.1º A senθh = 0.7 BWH = θh = 7º D = = Bi BW (a) BW (a) H

6 . Paa el cálculo el faco e poencia, consieamos la suma vecoial el ayo ieco y el ayo eflejao. = one: + = jk o ( 1+ ρ e ) = F = 0log = 6B ρ= -1 (eflexión en el agua) =0.1 meos (ifeencia e caminos ene ayo eflejao y ieco) =0.08m (longiu e ona) k o =π/ 3. Como la hélice en moo axial iene polaización cicula, y las bocinas polaización lineal, enemos unas péias po esacoplo e polaización e 3 B. Aplicano la fómula e Fiis enemos: P x (Bm) = Px (Bm) + G x (Bi) 0log + Fp (B) + G x (Bi) L pol (B) = = 30Bm + 18.Bi 17.4Bi + 6B + 10Bi 3B = 66.Bm p

7 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN B: PROBLMA : Consiee el ipolo e la figua enfenao y paalelo al plano conuco que puee suponese inefinio, funcionano a 500 MHz. L=8 cm Sopoe 15 cm Línea Coaxial Zc=75Ω Plano Refleco kl/ Impeancia muua ene os ipolos iénicos, paalelos, enfenaos y sepaaos / 1. Si la auoimpeancia el ipolo aislao es e 68-j4 Ω, calcule la impeancia e enaa el ipolo enfenao al plano (impeancia visa po el cable coaxial e 75 ohm en su exemo supeio) aplicano imágenes. (1p). Calcule las péias po esaapación e impeancia cuano se alimena con un ansmiso aapao a la línea coaxial e 75 Ω que lo excia. (1p) Solución: 1. Vamos a la gáfica e impeancias muuas e os ipolos con un valo e abcisas: kl/ = 1.47, one: k=π/; =60 cm; L=8 cm n la gáfica obenemos: z 1 =-10-j4 Ω. l valo e la impeancia e enaa es enonces: Z in = z 11 z 1 = 78 Ω. Paa el cálculo e las péias po esaapación, calculamos el coeficiene e eflexión a la línea (Z o =75Ω): Zin Zo Γ = = 0.0 L es = 10log( 1 Γ ) 0B Z + Z in o

8 DPARTAMNTO D SÑALS, SISTMAS Y RADIOCOMUNICACIONS RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. XAMN FINAL 30 NRO 006 APLLIDOS:... VRSIÓN B: TORÍA: 1. Una anena alimenaa po una coiene e A e pico, posee una impeancia e enaa e 75+j10Ω y un enimieno e aiación e 0.8. Calcule la ensia e poencia aiaa a 10 km e isancia, paa la iección e máxima aiación, paa la que posee una iecivia e 10 Bi. (1p) PIR P S = µ 1 one: Pa = I R in ηa = 10W a = = 0.96 W / m. Un aay lineal boasie e elemenos isóopos posee una iecivia e 10 Bi. sime la anchua el haz e aiación ene punos e poencia mia en un plano que coniene el aay. (1p) D = = 10 BW = 0.a = 11.5º π BW 3. Un efleco paabólico simple cenao, e 1.5 meos e iámeo posee una ganancia e 45. Bi a 15 GHz, cuano se ilumina con una bocina cónica cougaa e 11 Bi e ganancia. Si se cambia la bocina e alimenación po oa e 15 Bi e ganancia, iga cómo vaían los isinos paámeos (ganancia, ancho e haz, lóbulos, eficiencias...) e la anena eflecoa. (1p) 4.5 Comenzamos calculano la eficiencia oal: G = ε A ap = 10 ε = 0. 6 Po lo ano, la siuación e paia es con anena ópimamene iluminaa. Al aumena la ganancia el alimenao, su haz pincipal se esecha, e moo que ilumina la apeua el efleco menos unifome (C meno en el boe). so se auce en una isminución e la eficiencia e iluminación y aumeno e la eficiencia e spillove. La ganancia oal y la eficiencia oal isminuyen al pasa e una siuación ópima a oa isina. La foma e iluminación menos unifome se auce en un aumeno (ligeo) e la anchua el lóbulo pincipal y una eucción el nivel e los lóbulos secunaios. 4. Qué alcance se puee consegui po popagación ionosféica a 00 MHz? xplique su espuesa. (1p) n esa fecuencia, la ensia e elecones e la ionosfea no es capaz e efleja el ayo hacia la Tiea, y la ona sale hacia el espacio exeio, con lo que no se puee esablece comunicaciones po popagación ionosféica a esas fecuencias.