Clase Antenas 2015 - 01

Introducción a las Antenas Antenas UNAH 2015

Radiocomunicaciones •

Introducción  Antecedentes de las radiocomunicaciones El espectro de frecuencias Fundamentos electromagnéticos Polarización

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Diagramas de radiación Parámetros de antenas Ecuación de transmisión

Radiocomunicaciones •

Introducción  Antecedentes de las radiocomunicaciones El espectro de frecuencias Fundamentos electromagnéticos Polarización

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•

Diagramas de radiación Parámetros de antenas Ecuación de transmisión

Maxwell •

Modelo matemático  –

•

•

Ecuaciones Maxwell

Relaciona los fenómenos eléctricos y magnéticos La luz es un fenómeno electromagnético

Hertz •

•

Físico alemán Primeros experimentos

Marconi

•

•

•

Ingeniero italiano Primeros Sistemas de comunicaciones Enlace Europa-EEUU  –

Cornualles-Terranova

 –

1901

Espectro EM

Espectro Electromagnético

Espectro EM

1 KHz

ELF

1 MHz

VLF

LF

MF

1 GHz

HF

VHF

UHF

1 THz

SHF

EHF

IR

IR

L S C X K 1000 km

1 km

1 m

1 mm

Radio

Microondas

1 цm

Bandas de frecuencia

Banda

Denominación

frec. mínima

frec. máxima

máxima

mínima

ELF

Extremely Low Frequency

-

3 kHz

-

100 km

VLF

Very Low Frequency

3 kHZ

30kHz

100 km

10 km

LF

Low Frequency

30 kHz

300 kHz

10 km

1 km

MF

Medium Frequency

300 kHz

3 MHz

1 km

100 m

HF

High Frequency

3 MHz

30 MHz

100 m

10 m

VHF

Very High Frequency

30 MHz

300 MHz

10 m

1m

UHF

Ultra High Frequency

300 MHz

3 GHz

1m

10 cm

SHF

Super High Frequency

3 GHz

30 GHz

10 cm

1 cm

EHF

Extremely High Frequency

30 Ghz

300 GHz

1 cm

1 mm

Bandas TV y FM

Banda frec. mínima

frec. máxima

canales

I

47 MHz

68 MHz

2,3,4 VHF

II

88 MHz

108 MHz

FM

III

174 MHz

230 MHz

5 al 12 VHF

IV

470 MHz

606 MHz

21 al 37 UHF

V

606 MHz

862 MHz

38 al 69 UHF

Bandas de microondas Banda

frec. mínima

frec. máxima

máxima

mínima

L

1 GHz

2 GHz

30 cm

15 cm

S

2 GHZ

4 GHz

15 cm

7.5 cm

C

4 GHz

8 GHz

7.5 cm

3.75 cm

X

8 GHz

12.4 GHz

3.75 cm

2.42 cm

Ku

12.4 GHz

18 GHz

2.42 cm

1.66 cm

K

18 GHz

26.5 GHz

1.66 cm

1.11 cm

Ka

26.5 GHz

40 GHz

11.1 mm

7,5 mm

mm

40 GHz

300 GHz

7.5 mm

1 mm

Generación de ondas de radio 1. 2. 3. 4. 5.

Un flujo de corriente eléctrica genera un campo magnético ( Regla de la mano derecha) Un campo eléctrico es generado en la dirección de bloqueo de cambio en el campo magnético Un campo magnético es generado en la dirección de bloqueo de cambio en el campo eléctrico Un campo eléctrico es generado en la dirección de bloqueo de cambio en el campo magnético La generación de un campo eléctrico y un campo magnético son repetidos alternadamente

Las ondas de Radio son un tipo de ondas electromagnéticas, lo cual confiere tres ventajas importantes: No es necesario un medio físico para su propagación, las ondas electromagnéticas pueden propagarse incluso por el vacío. 

La velocidad es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km/seg. 

Objetos que a nuestra vista resultan opacos son transparentes a las ondas electromagnéticas. 

No obstante las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia, de igual forma y en la misma proporción que las ondas sonoras. Pero esta desventaja es posible minimizarla empleando una potencia elevada en la generación de la onda, además que tenemos la ventaja de la elevada sensibilidad de los receptores.

Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuencia a un antena. La antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido a la acción de la señal aplicada

genera campos magnéticos  y eléctricos variables a su alrededor, produciendo la señal de radio en forma de ondas electromagnéticas.

 Antenas •

•

•

Una forma muy simple de entender una antena es hacer una comparación con una linterna La linterna hace que la luz del foco sea direccionada en determinada dirección Cuanto mayor es el foco mayor es la ganancia

15

 Antena

16

Fuente Isotrópica •

•

•

Una fuente que irradia igualmente en todas las direcciones em un plano es llamada de omnidirecional Una fuente isotrópica es aquela que irradia igualmente en todas las direcciones El mejor ejemplo de una fuente isotrópica seria el sol

Una Fuente Isotrópica

Definición •

Una antena de radio puede ser definida como una estructura asociada con la region de transicion entre una onda guiada e una onda em el espacio libre, o vice-versa Onda Guiada

Transición

Onda em el Espacio

Línea de Transmisión •

La linea de transmision es un dispositivo para transmitir o guiar energia de radiofrecüência de un punto a otro

•

Mínimo de perdida

•

Energia confinada

•

•

La onda transmitida a lo largo de la linea es unidimensional em el sentido que no se esparse por el espacio, sino que sigue a lo largo de la linea Tres tipos básicos: bifilar, coaxial y guias de onda

20

16 September 2015

Fields and Waves I

21

Radiation Mechanism

Ecuaciones de Maxwell

  E  

    

  H   0   E   j H    H 

J

 j E 

Ecuaciones de onda para los campos



2

 E  

2

 E  j J     (

    



2

 H

2

   H    J 

)

Potenciales



2

2

 E  k E

 j J   (

  

)

  

2

 H

k

2

H

   J 

   J 

 E , H 

,

,  A

Definición de los potenciales

 B    A  E

  j  A  

Ecuaciones de onda para los potenciales

2

2

   k    

    

2

2

  A  k A    J 

Potenciales



2

2

 E  k E

 j J   (

  

)

  

2

 H

k

2

H

   J 

   J 

 E , H 

,

2

2

   k    

    

2

2

  A  k A    J 

,  A

B   A  E

  j  A  

Soluciones de la ecuación de onda

2

2

   k       Ae

  jkz

   AH    A

e

(1) 0



0

Be

jkz 

(k  )  BH

  jkr

4 r



B

e

jkr 

4 r 

(2) 0

(k  )

Campos radiados

 E

( H  r )

  

ˆ

E r

r 

H

Campos Radiados

e 

 jkr 

4

r 

E

j

Ih sin  

H

e   jkr  jk Ih sin   4 r