RADIOPROPAGACIÓN

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA NÚCLEO FALCÓN – SEDE CORO. CÁTEDRA: SISTEMA DE COMUNICACIONES

REALIZADO POR: AGUDELO, ARTURO ARIAS, HENRY COLINA, ARIANA GARCIA, JINMER A. ORTEGA, CARLOS ROBLES, ANGEL TRASMONTE, ALIRIO SECCION: IT8D-C

SANTA ANA DE CORO, NOVIEMBRE 2010

INDICE

INTRODUCCION…………………………………………………………….

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RADIOPROPAGACIÓN……………………………………………………..

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PRINCIPIOS DE LA RADIOPROPAGACIÓN……………………………..

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RADIADOR ISOTRÓPICO………………………………………………….

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GANANCIA ISOTRÓPICA………………………………………………….

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POTENCIA ISOTRÓPICA EFECTIVA RADIADA (PIEI)............................

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CAMPO ELÉCTRICO DE UNA ANTENA………………………….……...

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ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA……………………………………... 9 Ganancia respecto al dipolo de media onda…………………………........

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POTENCIA EFECTIVA RADIADA (PEI)……………………………….….

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CAMPO ELÉCTRICO EN FUNCIÓN DE PEI……………………………...

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CONCLUSIÓN……………………………………………………………….

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BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN

Las ondas de radio enviadas por la antena de un transmisor, estas viajan propagándose por el espacio y finalmente alcanza otra antena. El nivel de energía de la señal descrece muy rápido con la distancia desde la antena transmisora. La onda electromagnética también se ve afectada por objetos que encuentran en su camino, como árboles edificios y otras estructuras grandes. Además, la trayectoria que toma una señal electromagnética hasta una antena receptora depende de factores como la frecuencia de la señal, las condiciones atmosféricas y la hora del día. Todos estos factores pueden considerarse para predecir la propagación de las ondas de radio desde el transmisor hasta el receptor.

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RADIOPROPAGACIÓN La propagación de ondas de radio es en particular una forma de transmisión, característica de cierto campo que dado un elemento del campo que esta en un punto en particular en un momento particular tenga u momento subsecuente un desplazamiento con poca o ninguna deformación. Esta propiedad hace posible definir la velocidad de propagación. Su valor depende de los parámetros del campo y de las características del medio. Si las variaciones en tiempo de la cantidad que caracteriza los campos son periódicas, la distancia viajada en un periodo es conocida como la longitud de onda. En la práctica es frecuente que dos o varios fenómenos se apliquen simultáneamente al trayecto de una onda: reflexión y difusión, difusión y refracción. El fenómeno de difusión puede producirse cuando una onda encuentra un obstáculo cuya superficie no es perfectamente plana y lisa. Es el caso de las capas ionizadas de la atmósfera, de la superficie del suelo en las regiones onduladas (para las longitudes de ondas más grandes) o de la superficie de los obstáculos (acantilados, bosques, construcciones...) para las ondas ultracortas (sobre algunos centenares de megaherz). La refracción es el cambio en la dirección de propagación de una onda, cuando pasa de un medio a otro en el que su velocidad es distinta, o cuando hay una variación espacial de la velocidad de la onda en el mismo medio. La reflexión ocurre cuando una onda electromagnética que se propaga por el aire incide contra un objeto de grandes dimensiones en comparación con la longitud de onda de la señal. El resultado puede ser que la señal sea absorbida, reflejada o una combinación de ambas. Los conductores perfectos reflejan la totalidad de la señal. Otros materiales reflejarán solo una parte de la energía incidente y transmitirán el resto. La cantidad exacta de transmisión y reflexión depende igualmente del ángulo de incidencia así como el grosor y propiedades dieléctricas del material.

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Reflexión de una Señal PRINCIPIO DE LA RADIOPROPAGACIÓN Una onda electromagnética la podemos crear y transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir y utilizar. Para poner una onda electromagnética en el espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del micrófono, se convierte en corrientes eléctricas que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de emisión (que es la encargada de convertir las corrientes del emisor en ondas electromagnéticas). Estas ondas viajan por el espacio, si dentro del alcance de estas ondas ponemos un receptor, la antena de este receptor se encarga de convertir esas ondas electromagnéticas en débiles corrientes eléctricas; estas corrientes el receptor las amplifica y las trata de forma conveniente para que sean capaces de excitar el altavoz.

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RADIADOR ISOTRÓPICO Es un teórico fuente del punto de ondas que exhibe la misma magnitud o características cuando está medida en todas las direcciones. No tiene ninguna dirección preferida de la radiación. Irradia uniformemente en todas las direcciones sobre una esfera centrada en la fuente. Es un radiador de la referencia con el cual se comparan otras fuentes. Los radiadores isotrópicos obedecen Ley de Lambert. En la teoría de la antena, radiador isotrópico es un radiador teórico que tiene a directividad de 0 dBi (isotrópico en relación con del DB), que significa que el radiador transmite igualmente (o recibe) la radiación electromagnética de cualquier dirección arbitraria. Fisicamente esta antena no existe. Se define como una antena puntual que radía energía uniformemente en todas las direcciones. El flujo de energía en la unidad de tiempo y por unidad de área es conocido como Vector de Poynting, o Densidad de Potencia (Watts/m2). Este vector solo tiene componente radial para una fuente puntual. De acuerdo a lo expresado, la potencia aplicada a dicha antena se repetirá por igual en el área de una esfera, la densidad de potencia para un radiador isotrópico a una distancia d es:

Patrón de Radiación Isotrópico

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GANANCIA ISOTRÓPICA Teniendo en cuenta el patrón de radiación, se dice que una antena tiene ganancia no en el sentido que amplifica la señal recibida del transmisor, sino que la concentra hacia una sola dirección, o que hace ver como si la señal fuera emitida con una potencia mayor. Este es el caso de las antenas direccionales que dirigen sus ondas hacia un sólo sector, llegando la señal con más fuerza que si fuera emitida por una antena omnidireccional. La ganancia de las antenas se mide en decibeles, que es la unidad de medida adoptada para este tipo de parámetros. A mayor cantidad de decibeles, mejor calidad de la antena. Para determinar la ganancia se establece la intensidad en un punto, irradiada por una antena omnidireccional sin ganancia y la intensidad de la señal emitida por la antena direccional. La relación de estas señales se utiliza para obtener los decibeles de ganancia. La está defina para una antena transmisora y área efectiva para antenas receptoras. Ya que la misma ante puede utilizarse para transmitir o para recibir existe una relación entre las dos cantidades. Aplicando el principio de reciprocidad la ganancia G de una antena en una dirección particular es proporcional al área efectiva A en la misma dirección. El coeficiente de proporcionalidad es independiente de la antena y para una longitud de onda λ en el espacio libre.

Para una antena isotrópica la ganancia equivale a 1 y consecuentemente el área efectiva A0 de una antena isotrópica equivale a:

En condiciones de espacio no libre estas ecuaciones no se aplican.

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La ganancia de las antenas isotrópicas se mide en dBi (Unidad logarítmica que representa la ganancia de una antena respecto a la ganancia de una antena isotrópica). Desafortunadamente, la antena isotrópica no se puede realizar. La ganancia de antenas por arriba de 1Ghz se miden generalmente en dBi. POTENCIA ISOTRÓPICA EFECTIVA RADIADA (PIEI) Se define como la potencia equivalente de transmisión y se expresa como: PIEI = Prad * Dt (Watts) Prad= Potencia irradiada en watts DT= Ganancia directiva En función de la ganancia de potencia: PIEI = Pent * At (Watts) Pent= Potencia de entrada At= Ganancia de potencia Se puede concluir entonces que esta potencia, es la potencia equivalente que tendría que irradiar una antena isotrópica para alcanzar la misma densidad de potencia en la dirección elegida y en determinado punto igual que otra antena. CAMPO ELÉCTRICO DE UNA ANTENA

En el caso de una antena que emite con polarización vertical (campo eléctrico vertical) el cálculo del campo eléctrico resultante es el mismo que en radiación de un par de antenas. El resultado es:

La inversión de signo para el campo paralelo solo cambia un coseno en un seno:

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En estas dos fórmulas: es el campo eléctrico de la onda electromagnética radiado por la




antena si no hubiese la tierra. es el número de onda.





es la longitud de onda.




es la altura de la antena.

ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA. Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Un dipolo

es una antena formada por dos conductores de longitud total igual a

la mitad de una longitud de onda. Hay que señalar que esa longitud de

no tiene nada

de remarcable eléctricamente. La impedancia de la antena no corresponde ni a un máximo ni a un mínimo. Tampoco es real, aunque por una longitud próxima (hacia

) la parte imaginaria pasa por cero. Hay que reconocer que la única

particularidad de esa longitud es que las fórmulas trigonométricas se simplifican como por milagro, aunque sí es cierto que presenta un diagrama de radiación bastante uniforme en comparación con otras longitudes.

En el caso del dipolo

se toma como hipótesis que la amplitud de la corriente a

lo largo del dipolo tiene una forma sinusoidal:

Recordemos que I0 es el valor pico de la intensidad que circula por el dipolo, ω = 2πf, K=2Π/λ y l la posición en la que medimos la intensidad. Es fácil ver que para la corriente vale

y para

la corriente vale cero. Incluso haciendo la

simplificación de campo lejano (r > > 3λ), la expresión es algo compleja:

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La fracción

no es muy diferente de

. El resultado es un

diagrama de emisión tiene la forma de un toro un poco aplastado.

La imagen de la izquierda muestra la sección del diagrama de emisión. Hemos dibujado en apuntillado el diagrama de emisión de un dipolo corto. Se comprueba que los dos son muy parecidos.

Esta vez no se puede calcular analíticamente la potencia total emitida por la antena. Podemos plantear la expresión de la misma:

Para calcular la resistencia de radiación (o resistencia en serie), usamos

Sin embargo, esto sólo nos calcula la parte real (resistencia) de la impedancia de la antena. Lo más cómodo es medirlas. En la figura de la derecha se muestran las partes real e imaginaria en serie de la impedancia de un dipolo para longitudes que van de

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a La ganancia de esta antena es: = 1,64 = 2,15 dBi = 0 dBd He aquí las ganancias de dipolos de otras longitudes (nótese que la ganancia no está dada en dB):

POTENCIA EFECTIVA RADIADA Se puede calcular fácilmente tan solo como sumar la ganancia de la antena más la potencia de transmisión (sin contar las pérdidas por el sistema).

Por ejemplo si una antena tiene una ganancia de 12dBi y se alimenta con 15 dBm, entonces la potencia efectiva irradiada es: PEI= 12dBi + 15Dbm = 27dBm (500mW) La potencia radiada efectiva, es la potencia radiada en una dirección dada, debida a la ganancia de la antena. Se encuentra mediante: PEI = Gt * Pe

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donde: Gt = Ganancia de Potencia de la antena tx sobre una antena de referencia. Pe = Potencia eléctrica en las terminales de la antena tx. O también: PEI = Dt * Pt donde: Dt = Ganancia Directiva de la antena tx sobre una antena de referencia. Pt = Potencia Radiada por la antena tx. Al hablar de Potencia radiada Pt debemos involucrar a la eficiencia, es decir: Pt = h Pe, donde ésta última es la Potencia eléctrica en las terminales de la antena. En todo caso quiero dejar claro que se debe tener cuidado de no utilizar dos veces el efecto de la eficiencia, ni prescindir de ella. Cuando la antena de referencia es la isotrópica, este término recibe el nombre de Potencia Isotrópica Efectiva Radiada (PIEI = PEI).

CAMPO ELÉCTRICO EN FUNCIÓN DE PEI. La magnitud de la energía en la componente eléctrica y en la magnética es exactamente la misma. La variación de una componente resulta en la formación de la otra. Si ambas componentes tienen la misma energía, la determinación de una componente dará el valor de la otra. Se ha acordado expresar la intensidad de campo en términos de su componente eléctrica, es decir, en unidades de Volts/metro. La intensidad de campo esperada en el espacio libre a una distancia d de una antena transmisora está dada por:

donde:

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d = distancia. [metros] Dt = Ganancia de la antena transmisora respecto a una antena isotrópica. Pt= Potencia radiada de la antena transmisora. [Watts] 1.- El producto de estos dos últimos términos es la Potencia Isotrópica Efectiva Radiada: PIRE (eirp). 2.- Las unidades parecen no ser congruentes pero la ecuación es correcta. La explicación es que proviene de utilizar un concepto denominado Área Efectiva, el cual definiremos adelante. El campo recibido también se puede expresar en términos de la densidad de potencia, lo cual es muy común, sobre todo a frecuencias arriba de 300 MHz (l < 1 metro). la conversión se puede efectuar mediante: p = E2 / 120 π donde: E = Intensidad de Campo. [ Volts / metro] p = Intensidad de Campo. [ Watts / metro 2]. NOTAS: 120 p tiene unidades de Ohms y representa la oposición al flujo de energía electromagnética en el espacio libre. Es la impedancia intrínseca del espacio libre, Z0 aprox. = 377 Ohms. Z0 también es igual a la raíz cuadrada del producto de m0 e0 (Revisar en casa). Z0 también es igual al cociente de E / H (Revisar apuntes de Teoría Electromagnética). La intensidad de campo en microVolts / m2, requerida para una buena recepción depende del tipo de servicio y de los niveles de ruido en área donde se localiza el receptor. En área urbana (mucho ruido y grandes construcciones), se pueden requerir 1000 para FM, y de 5000 a 10 000 para Televisión, en VHF y UHF respectivamente. En áreas rurales pueden ser suficientes 500 para Televisión en VHF.

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CONCUSIÓN Las ondas electromagnéticas cubren un amplio espectro de frecuencias. Dado que todas las ondas electromagnéticas tienen igual velocidad c (velocidad de la luz) que es una constante es decir no cambia, la relación c= f* l (recordemos que la explicación de velocidad de la onda era el espacio recorrido dividido el tiempo para recorrerlo. Cuando el espacio es una longitud de onda, el tiempo se llama período "T" y la inversa del período es lo que denominábamos frecuencia de la onda; de allí surge la igualdad anterior, dándole a la velocidad la notación que corresponde por ser la velocidad de la luz) define todo el espectro posible, abarcando desde las ondas de radio de baja frecuencia y gran longitud de onda, las cuales son ondas electromagnéticas producidas por cargas que oscilan en una antena transmisora, las ondas de luz con frecuencias mayores (cada color de la luz blanca corresponde a una longitud de onda determinada) se producen cuando determinados electrones oscilan dentro de los sistemas atómicos. Las ondas electromagnéticas fuera del campo visible como las ultravioletas, los rayos x, los rayos g , rayos cósmicos, que son vibraciones de otros electrones, o desaceleraciones de los mismos. Veamos cada una las diferentes ondas en orden decreciente de su longitud de onda y por lo tanto, orden creciente de su frecuencia, y como se producen: o Ondas de radio, son el resultado de la aceleración de cargas a través de alambres conductores. Son generados por dispositivos electrónicos. o Microondas que son ondas de radio de longitud corta también generadas por dispositivos electrónicos, se utilizan en sistemas de radar y para hornos a microondas.

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BIBLIOGRAFÍA

o http://www.monografias.com/trabajos40/radiopropagacion/radiopropagacion2.sh tml o http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/soriano_m_jc/capitulo1.p df o http://members.fortunecity.es/unitec/antenas/antenas1.htm o http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:ueRdmjGTPg0J:bibing.us.es/proy ectos/abreproy/11761/fichero/Vol%25FAmen2%25252F10Cap%25EDtulo5%2B%2BEl%2Bcanal%2Bde%2Bradiopropagacion.pdf+definicion+radiopropagacio n&hl=es&gl=ve&pid=bl&srcid=ADGEESip4emlZ9_IRyfVaky7v5AebrP9z_NCpyRh7dn9zBOkHDcmGOkVfxRksbyrQp31qRzsxsM4hnLejSvAfpLBp7ISp5eO7r85iIiPqAYouOVqXdmpwxgCb8Pn0FRX6dAfcYQcq&sig=AHIEtbRtRW FflvNwUAk4ROxEB0m-_xa23Q

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