DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 3 FEBRERO 2009 (1 h 20 m) APELLIDOS, NOMBRE: DNI:..

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1 DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 3 FEBRERO 009 ( h 0 m) APELLIDOS, NOMBRE: DNI:.. PROBLEMA : (40% de la nota) Se dispone de un adioenlace a 6 GHz ente las teazas de dos edificios, situadas a la misma altua de 5 metos y sepaadas 47.5 metos en un aeopueto. Como antenas se van a utiliza sendas bocinas piamidales iguales, apuntadas ente ellas en la diección de máxima ganancia, y excitadas con polaización hoizontal (lado A vetical). ρ h f MHz f4 MHz f MHz f >00 MHz ( ) Ag ρ h ψ- Gados sobe el hoizonte Solución: ψ- Gados sobe el hoizonte. Diseñe (cálculo de apetua de salida A y B, y estimación de longitudes R y R ) de una bocina óptima (s/4 y t3/8 y ε ap 0.5) con una ganancia de 0 dbi y misma anchua de haz a -3 db en los dos planos pincipales. (p) 0 /0 4π 4π Po una pate tenemos la ganancia de la antena: G 0 00 ε AB 0.5 AB Po ota pate tenemos los anchos de haz a -3dB, paa lo cual tenemos que i a las gáficas de los diagamas univesales plano E y plano H espectivamente con paámetos s0.5 y t0.375, y un a 5cm

2 valo de odenadas 0-3/0 B A 0.7, obteniendo: senθ 0. 5 y senθ Como la anchua de haz B 0.5 tiene que se la misma (θ BW/). Utilizando las dos ecuaciones con dos incógnitas, se A 0.7 obtiene: A 3.6 cm y B 6.9 cm. Calcule la potencia ecibida en dbm, en condiciones de espacio libe (sin considea la eflexión en el suelo), cuando se alimenta la bocina tansmisoa con una potencia de mw. (p) 4πd Aplicando la fómula de Fiis: Px (dbm) Ptx (dbm) + G tx (dbi) 0 log + G x (dbi). Paa una potencia tansmitida de mw 0 dbm, y con ganancias de ambas antenas de 0 dbi, se obtiene P x dbm 3. Con la configuación eal del adioenlace, calcule el ángulo de incidencia en el suelo y, con ayuda de la gáfica adjunta, estime el coeficiente de eflexión en el suelo. (p) 5 m α 5 m α 47.5 m El ángulo de incidencia es: 5 α a tan.4º 47.5 / El valo del coeficiente de eflexión en el suelo, paa f>00 MHz y º, es ρ Dibuje el diagama de adiación en escala lineal y coodenadas catesianas, en el magen angula de ±50º, en el plano H, calculando el nivel de campo coespondiente al ángulo de incidencia, a 5º y a 50º. (p) t Se tata de hace el cambio de vaiable en abcisas coespondiente al diagama univesal plano H con t3/8 0.4, de A 3.6cm sin θ sin θ 5cm de θ solicitados (.4º, 5º y 50º) a los valoes º 5º 50º Intensidad elativa de campo θ 5. Calcule las pédidas o ganancia que en el adioenlace eal poduce el efecto de eflexión en el suelo, especto de la popagación en espacio libe. Debe tene en cuenta el diagama de adiación de las antenas y el efecto de la difeencia de caminos. (p) Paa tene en cuenta la eflexión hay que considea los siguientes fenómenos: - Efecto de la eflexión en el suelo: ρ Efecto de los diagamas de las antenas tansmisoa y eceptoa en el ayo eflejado: 0.55 x Efecto de la difeencia de amplitud po caminos: despeciable en este caso. π j 5m jko R - Efecto de la difeencia de fase po caminos especto al ayo diecto: e e 5cm En total, el efecto es: 0 log (-0.9x0.55x0.55)-.8 db (atenuación de.8 db especto al caso ideal sin eflexión)

3 DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 3 FEBRERO 009 APELLIDOS, NOMBRE: DNI:.. PROBLEMA : (0% de la nota) Considee la antena Yagi de la figua funcionando a una fecuencia de 300 MHz.. Haga la apoximación de que las dos antenas son iguales y de longitud l/ tanto paa estima la impedancia mutua como paa el cálculo del campo adiado po ambos dipolos. La utilización de complejos en módulo y agumento es ecomendable paa facilita los cálculos. La expesión del campo del dipolo / situado sobe el eje z es: π cos cos θ jk o e E j60i θˆ in sin θ y0 cm l 5 cm l 44.5 cm a6.35 mm a6.35 mm Solución: Cuvas de autoimpedancia de dipolos. Calcule la impedancia de entada de la antena. (5p) Tal como se hace en el ejemplo 4.3 del libo, (que casi es el mismo que el poblema popuesto), como el segundo dipolo está en cotocicuito, se puede impone: V 0, con lo que la impedancia activa vista desde la pueta vale:

4 z # # V 0 Reflecto V Activo Máxima adiación V ZI + ZI 0 Z I + Z I Z in V I Z Z Z Paa obtene los valoes de autoimpedancias: 00 cm y a 6.35 mm: a/ L 44.5 cm k o L πl /.4 L 5 cm k o L πl /.6 Z 58-38j Z j 03 9º Paa obtene la impedancia mutua (consideando, de acuedo con el enunciado), que L L /: Z Z 50-0j º La impedancia de entada esulta: Z in 58-38j º49.6-.j. Fije un sistema de coodenadas sobe la antena y diga cuál es la diección de máxima adiación. Estime la diectividad de la antena. (5p) La diección de máxima adiación en una Yagi es la de la diección que ocupan los elementos diectoes o, como en nuesto caso, la opuesta a la diección del elemento eflecto. Paa el cálculo de la diectividad, hay que calcula el campo pimeo en dicha diección, y luego aplica la definición de diectividad, (tal como se hizo en el ejemplo 4.3 y en el ejecicio popuesto 4.6). El campo se calcula como la suma del campo geneado po los dos elementos, que de acuedo con el enunciado se pueden supone iguales a /: E T j60i π π cos cos e π sin jko + j60i π π cos cos e π sin jko ( + 0cm) 60 I I + I e jko 0cm 60 I I + I 7º I Z Donde , con lo que ET I º I. I Z 60 I. π π E 4 4 T 4π La diectividad se obtiene como: D S dbi Pad 0π 0π I R in I 49.6

5 DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 3 FEBRERO 009 APELLIDOS, NOMBRE: DNI:.. TEORÍA: (30 minutos) (40% de la nota) Instucciones: esponda de manea beve y concisa, en el espacio asignado, a cada pegunta. No es necesaio ealiza ningún cálculo (deje las opeaciones indicadas) po lo que no está pemitido utiliza calculadoa.. Haga un esquema del balun tipo Bazooka o Sleeve y explique su funcionamiento (0.5p) El balun tipo bazooka tiene como objetivo simetiza las coientes en los dos bazos del dipolo. Paa ello se constuye una línea coaxial concéntica con el conducto exteio del cable coaxial de patida, de longitud g /4, que se cotocicuita en su extemo infeio, dando luga así a un cicuito abieto en el extemo supeio. Este cicuito abieto evita que fluya coiente po la pate exteio del cable coaxial.. Explique el funcionamiento de las antenas de onda pogesiva, dibuje algún ejemplo y diga en qué banda se suelen utiliza (0.5 p) Las antenas de onda pogesiva se suelen utiliza en HF, y se constuyen con hilos conductoes lagos, que sopotan ondas pogesivas de coiente. Paa ello, necesitan cagase en su extemo con una esistencia teminal que evita la onda eflejada. Además del ejemplo de la figua, también son de onda pogesiva las antenas en V y las ómbicas. La antena de hélice también funciona como antena de onda pogesiva, aunque en este caso no se caga poque la coiente que llega al extemo es muy pequeña. 3. Se tienen dos bocinas piamidales de la misma ganancia, una óptima y ota de bajo eo de fase. Diga cuál es la más cota de las dos y cuál tiene la apetua más gande. (0.5p) La bocina más cota es la óptima (con eoes de fase s/4 y t3/8), po la popia definición de bocina óptima. Sin embago, la eficiencia de estas antenas es meno (ε0.5), con lo que paa tene la misma ganancia es necesaio que tengan una apetua mayo. 4. Explique po qué en los aays endfie la sepaación ente elementos no debe supea típicamente 0.4 (0.5p) Paa evita el gating lobe (o lóbulo de difacción emegente) que apaece en la diección opuesta a la diección de máxima adiación cuando la sepaación ente elementos es mayo. Po ejemplo, si la sepaación ente elementos es de 0.5 el diagama se hace bidieccional con máximos de igual amplitud en los dos sentidos de la ecta del aay.

6 5. Diga en qué planos (pincipales o diagonales) la adiación contapola de un eflecto es más alta y po qué. (0.5p) La adiación contapola es más alta en los planos diagonales, tal como apaece en los diagamas típicos de los eflectoes mostados en clase. De hecho en los planos pincipales, los campos contapolaes adiados po los distintos cuadantes de la apetua se compensan. 6. Paa una comunicación po onda ionosféica ente dos puntos sepaados 3000 km, diga si la óptima fecuencia utilizable debe se mayo a medianoche o a mediodía y po qué. (0.5p) La óptima fecuencia utilizable es 0.85 MUF. Como la máxima fecuencia utilizable es a su vez popocional a la fecuencia cítica de la capa F, y ésta depende de la densidad máxima de electones de dicha capa, la fecuencia óptima seá mayo a mediodía que a medianoche, puesto que a medianoche la densidad de electones baja po la ausencia de ionización debida al Sol. 7. Se dispone de una antena eflectoa offset con una elación F/D 0.7 y diámeto de apetua poyectada de meto, con una bocina cónica cougada diseñada paa máxima ganancia. A causa del viento la antena se cae y se estopea el eflecto. Se quiee apovecha el mismo alimentado paa ilumina un nuevo eflecto capaz de da 3 db menos de ganancia. Diga cómo diseñaía el nuevo eflecto (diámeto del eflecto y distancia focal) (0.5p) Al utiliza el mismo alimentado, si se quiee mantene la condición de máxima ganancia, el ángulo θ o del nuevo eflecto debe se el mismo, lo que implica que hay que mantene constante la elación F/D. Si se quiee educi la ganancia en 3 db, el áea de la apetua se debeá educi a la mitad, po lo que el diámeto se educiá en un facto. La distancia focal, po lo tanto, también se educiá en la misma popoción : 8. Como antenas de un adioenlace a 800 MHz se utilizan Yagis de 5 dbi de ganancia. Comente detalladamente (explicando las causas) si la fase es coecta y/o contiene inconguencias. (0.5p) La fase es coecta ya que 800 MHz es una banda de fecuencia típica paa las antenas Yagi (de hecho esta fecuencia petenece a la banda de emisión de TV teeste donde se utilizan Yagis). También los 5 dbi de ganancia es un valo típico paa antenas con 0/ diectoes.