Radiación y Radiocomunicación. Fundamentos de antenas. Carlos Crespo Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Transcripción

1 Radiación y Radiocomunicación Tema 2 Fundamentos de antenas Carlos Crespo Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones ccrespo@us.es 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 1 Radiación y Radiocomunicación Antenas 1. Introducción Ecuación de Helmholtz 2. Radiación de un elemento de corriente 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 2

2 Ecuaciones de Maxwell 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 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 3 Ecuaciones de Maxwell 2 Ecuación de ondas de Helmholtz 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 4

3 Elemento de corriente1 J z dl ds = I dl ds dl J z 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 5 Elemento de corriente 2 exp( jk0r ) A = µ 0Idl a 4πr z 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 6

4 Elemento de corriente 3 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 7 Conclusión La sabiduría me persigue pero yo soy más rápido. Estudiante anónimo 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 8

5 Radiación y Radiocomunicación 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 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 9 Radiación y Radiocomunicación Ganancia directiva: Directividad: D = D θ 0 (, φ) max Ganancia de una antena: 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 10

6 Patrón de radiación 1 Patrón de radiación 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 11 Patrón de radiación 2 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 12

7 Antenas lineales 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 13 Dipolo lineal de λ/2 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 14

8 Patrón de radiación del dipolo de λ/2 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 15 Dipolo de longitud arbitraria a: radio del elemento en longitudes de onda. 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 16

9 Patrones de dipolos de longitud arbitraria 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 17 Conclusión Si se sigue con el ojo por ojo, el mundo terminará ciego. Mahatma Gandhi 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 18

10 Radiación y Radiocomunicación 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 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 19 Antenas en recepción 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 20

11 Igualdad de patrones en transmisión y recepción Voltímetro ideal Generador ideal de corriente Generador ideal de corriente Voltímetro ideal 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 21 Igualdad de impedancias en transmisión y recepción V2 Z 22 = Z 22 = I 2 Z a V 2 = Z 21I1 + ZaI 2 Las impedancias de la antena como elemento radiante y como elemento receptor son iguales 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 22

12 Igualdad de las longitudes efectivas Longitud efectiva en transmisión: Longitud efectiva en recepción: 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 23 Polarización E H Antena Polarizada verticalmente 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 24

13 Área efectiva Para un elemento de corriente: Generalizando: 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 25 Impedancia de una antena R(ω) L C 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 26

14 Antena cónica 2θ 1 a r l=λ/2 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 27 Arrays lineales I 0 ki 0 e jα 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 28

15 Patrones de dos antenas omnidireccionales d = λ/2 α = 0º d = λ/2 α = 180º d = λ/4 α = -90º d = λ α = 0º 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 29 Conclusión 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 30

16 Radiación y Radiocomunicación 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 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 31 Multiplicación de Patrones 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 32

17 Patrón sin lóbulos secundarios 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 33 Dipolo vertical en presencia de un plano conductor 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 34

18 Dipolo horizontal en presencia de un plano conductor 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 35 Variación de la resistencia de radiación con la altura 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 36

19 Antena monopolo 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 37 Transmisión en tierra plana d 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 38

20 Transmisión en tierra plana 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 39 Antenas prácticas. Baluns 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 40

21 Dipolo doble 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 41 Antena Yagi-Uda Un reflector y un director: 3 db 8 10 elementos: 14 db R a = 20 Ω BW = % 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 42

22 Antena periódica-logarítmica τ = 0,8 0, db 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 43 Antena de parche de microstrip R. Borrero: Colaboración con GSR 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 44

23 Antena de bocina b a R. Borrero: Proyecto Fin de Carrera 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 45 Antena parabólica 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 46

24 Antena parabólica G = log e T + 20 log D(m) + 20 log f (GHz) λ BW º = 70 = D 21 f ( GHz) D( m) G = θ φ B B 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 47 Antena parabólica 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 48

25 Fórmula de transmisión de Friis Tierra plana: 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 49 Ecuación de RADAR Potencia captada por un objeto de sección eficaz σ : Potencia recibida por el receptor del RADAR: P T, G T σ d 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 50

26 Radiación y Radiocomunicación Es mejor ver cosas que hacer cosas Homer Simpson 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 51