solucionario_03.pdf

3 Antenas y líneas para radio y televisión Solucionario Actividades 1. ¿Qué antena debe tener con mayor ancho de banda?, ¿una para captar la banda de radio en FM u otra para recibir la banda UHF de televisión? a) La banda de radio en FM se extiende desde 87,5 a 108 MHz. Por lo tanto, una antena para esta banda deberá tener un ancho de banda de: Ancho de banda (BW) = 108 – 87,5 = 20,5 MHz b) En el caso de la banda UHF de televisión, comprende los canales 21 al 69, cuyas frecuencias límite son 470 y 862 MHz, respectivamente. El ancho de banda de la antena para esta banda será:

Fig. 3.1. Espectro de la banda FM comercial.

• La longitud de onda correspondiente a 97,75 MHz es de: λ = c/F = 3 · 108 / 97,75 · 106 = 307 cm

Por esta razón, la antena para la banda UHF deberá tener un ancho de banda mayor.

• La antena Marconi está formada por una varilla cuya longitud resuena a ¼ de la longitud de la onda correspondiente. Así que, si la frecuencia de resonancia de la antena es de 97,75 MHz, la antena tendrá una longitud de:

2. A la vista de la Figura 3.5 del Libro del Alumno, contesta a las siguientes preguntas:

Longitud ≈ λ/4 ≈ 307 cm/4 ≈ 77 cm.

Ancho de banda (BW) = 862 – 470 = 392 MHz

¿Qué bandas de televisión puede captar la antena? Las frecuencias se muestran en el gráfico corresponden a las bandas IV y V de televisión, dentro de la banda genérica UHF. ¿Qué canales engloban esas bandas? La banda IV está formada por los canales 21 al 37, mientras que la banda V engloba los canales 38 al 69.

4. A partir de la información técnica proporcionada por los fabricantes, identifica las antenas comerciales con los tipos que hemos estudiado en esta unidad. Puedes utilizar catálogos impresos o descargarlos de Internet, en alguna de estas páginas: www.televes.es www.sateliterover.es www.ikusi.es

3. Si queremos construir una antena Marconi para recibir la banda de FM comercial, ¿qué tamaño deberá tener?

Se trata de una actividad libre de búsqueda de información.

Los límites de la banda comercial de FM son 87,5 y 108 MHz. Por lo tanto, la frecuencia central de la banda es de 97,75 MHz, como muestra la Figura 3.1 del Solucionario.

5. Con la información obtenida, compara las características de los diferentes modelos de antenas de un fabricante. Crea una tabla donde aparezcan la ganancia, la relación D/A, la apertura de haz y la carga al viento de cada antena.

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

1/6

3 Antenas y líneas para radio y televisión Se trata de una actividad libre de búsqueda de información.

e) ¿Cuál es su atenuación para una frecuencia de 2 150 MHz? 0,4 dB/m. f) ¿Y para 800 MHz? 0,23 dB/m.

6. ¿Qué tipo de antena parabólica posee mayor rendimiento? La antena parabólica con mayor rendimiento es la Offset, que puede llegar a un 80 % incluso en antenas de pequeño tamaño.

g) ¿Es mejor este cable que el modelo CXT 1? No, porque el modelo CXT 1 presenta menos atenuación a todas las frecuencias de trabajo. h) ¿En qué se diferencian estos dos cables? Las diferencias se muestran en la siguiente tabla.

7. ¿Es aconsejable utilizar una antena Cassegrain de tamaño pequeño? Razona tu respuesta. No es aconsejable, porque en el caso de una antena pequeña las zonas de sombra debidas al segundo reflector introducen un porcentaje de pérdidas muy alto, reduciendo el rendimiento de la antena.

8. Si se quiere elegir un cable para una instalación de recepción de televisión, que trabajará en las bandas IV y V de UHF, ¿de qué material estará formado el dieléctrico? Por las frecuencias de trabajo, el cable más adecuado es el que tiene el dieléctrico de polietileno expandido.

9. Busca en la página web www.televes.es, las características del cable CXT 5, y contesta: a) ¿Cuál es el diámetro de su conductor central? 0,8 mm. b) ¿Qué radio mínimo de curvatura tiene? 25 mm.

Característica

CXT 5

CXT 1

Diámetro conductor central

0,8 mm

1 mm

Material conductor central

Cobre

Cobre + hierro

Resistencia óhmica

35 Ω/km

120 Ω/km

Diámetro del dieléctrico

3,4 mm

4,7 mm

Material de la lámina conductora

Cobre + poliéster

Aluminio + polipropileno

Resistencia de la malla

25 Ω/km

85 Ω/km

Material de la malla

Cobre

Aluminio

Radio de curvatura mínimo

25 mm

33 mm

Capacidad

53 pF/m

54 pF/m

Atenuación a 200 MHz

0,11 dB/m

0,09 dB/m

Atenuación a 2 300 MHz

0,42 dB/m

0,38 dB/m

c) ¿Cuál es su impedancia? 75 Ω. d) ¿Se puede utilizar a la intemperie? No es aconsejable, porque su cubierta exterior es de PVC.

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

2/6

3 Antenas y líneas para radio y televisión Comprueba tu aprendizaje Identificar las características y el funcionamiento de las antenas. 1. ¿Qué es el ancho de banda de una antena?, ¿y la apertura de haz? El ancho de banda de una antena es el margen de frecuencias que se considera válido en el funcionamiento de la antena, colocando el límite en aquellas frecuencias que se radian, al menos, con un 70 % respecto del máximo. Expresado en modo logarítmico, las frecuencias válidas serán aquellas cuyo nivel descienda sobre el máximo menos de 3 dB. La apertura de haz es la anchura aceptable en el haz radiado (o captado) por una antena directiva. Para conocerlo tomaremos el lóbulo principal, y sobre su nivel máximo, restaremos 3 dB. Así se obtendrá un margen de ángulos en los que la ganancia de la antena será aceptada como válida, definiendo la apertura de haz de la antena.

2. En una antena parabólica, ¿de qué depende la ganancia? La ganancia de una antena parabólica aumenta con el diámetro del reflector (por lo tanto, depende de su superficie) y con la frecuencia de la señal (inversa a la longitud de onda).

3. Explica la estructura de una antena Yagui y el funcionamiento de sus componentes.

funcionará como reflector de ondas, por lo que se producirá una reducción del lóbulo de radiación en la dirección en la que se coloque incrementando, además, la ganancia del lóbulo contrario. Si utilizamos una varilla ligeramente más corta, y la ubicamos a una distancia de λ/8 del dipolo, conseguiremos un elemento director, que alargará el diagrama de radiación, haciéndolo más directivo y con mayor ganancia.

4. ¿Cómo se forma una antena logarítmicoperiódica?, ¿cuáles son sus características principales? La antena logaritmo-periódica se forma asociando dipolos de media onda de tamaño y separación progresivamente creciente. La alimentación de esta antena es tal que, partiendo de una línea única, se distribuye en contrafase entre dos dipolos adyacentes. El resultado es una antena selectiva en la dirección del dipolo de menor tamaño, y resonante a un gran margen de frecuencias, que produce diferentes mínimos de impedancia con separaciones periódicas.

Reconocer las antenas utilizadas en instalaciones de radio y televisión. 5. Razona las diferencias existentes entre una antena dipolo Hertz y una antena Marconi. La antena Marconi se forma con una de las dos varillas de la antena de Hertz, habiéndose sustituido la otra por un plano conductor colocado perpendicularmente a ella, por lo que la antena resuena a un cuarto de la longitud de onda. De este modo se dispone de un dipolo cuya mitad inferior es «virtual», y que representa una buena alternativa para generar o recibir señales de polarización vertical. Sus características son básicamente las mismas que las del dipolo simple.

La antena Yagui está formada por un dipolo, simple o plegado, al cual se le añaden paralelamente una serie de varillas metálicas que modificarán su diagrama de radiación original. Estas varillas son elementos pasivos, es decir, no están alimentados por la señal, reaccionando únicamente a partir de las ondas inducidas desde el dipolo. El tamaño de estos elementos añadidos y la distancia de separación respecto del dipolo o del elemento que le precede determinarán su funcionamiento. Así, se emplea una varilla (o un plano formado por varias varillas metálicas) de longitud ligeramente mayor que la del dipolo y separación típica de λ/4 respecto de este,

La antena parabólica con mayor rendimiento es la Offset, que puede llegar hasta un 80 %. Esto es debido a que no presenta zonas de sombra.

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

3/6

6. ¿Qué tipo de antena parabólica tiene un mayor rendimiento?

3 Antenas y líneas para radio y televisión 7. ¿Cuándo se puede utilizar un dispositivo multisatélite? Los dispositivos multisatélite se pueden utilizar para captar satélites cuya posición orbital está separada unos 12º como máximo.

transmiten las señales de la radio digital DAB. En la parte inferior del mástil hay una antena dipolo doblado, utilizada para captar la banda de radio comercial en FM. b) ¿De cuántos emisores está llegando la señal de televisión?

8. Localiza en Internet al menos una antena de cada uno de los tipos que se han estudiado en la unidad. Copia las fotografías y compara sus características técnicas con las ya estudiadas.

Todas las señales de televisión se captan a través de la antena situada en la parte superior del mástil. Por lo tanto, todas llegan desde la misma dirección, por lo que se puede suponer que proceden de un único centro emisor.

Se trata de una actividad libre de búsqueda de información.

c) ¿Cuál de las antenas tendrá una menor ganancia?

9. En una antena Yagui, ¿cuál es el elemento de mayor tamaño?

La antena con menor ganancia es la situada en la parte más baja del mástil, puesto que es la que tiene un número menor de directores.

El elemento más grande en una antena Yagui es el reflector, cuyo tamaño coincide con la mitad de la longitud de la onda que recibe.

10. Un sistema receptor de televisión vía satélite colectivo desea recibir los canales procedentes de los satélites Astra (situado en 19º E), Hispasat (30º W) y Eutelsat (10º E). a) ¿Cuál es el mínimo número de antenas que se puede utilizar para recibir la señal de los tres satélites?

d) ¿Cuál tendrá una mayor directividad? La directividad de la antena va ligada a su ganancia. Por lo tanto, la antena situada en la parte superior del mástil será también la que tenga una mayor directividad. e) ¿Cuál recibe ondas de menor frecuencia? La antena que recibe las ondas de menor frecuencia es la que tiene un dipolo de mayor tamaño. Por esta razón se trata de la antena dipolo doblado para FM, colocada en la parte baja del mástil.

El número mínimo de antenas necesarias es 2. b) ¿Por qué? Con una sola antena, dotada de un dispositivo multisatélite, podríamos captar las señales de los satélites Astra y Eutelsat, puesto que su diferencia de posición orbital es de solo 9o. Sin embargo, como el satélite Hispasat está en otra zona del arco polar, será necesario utilizar una segunda antena para recibir sus señales.

12. ¿De qué tipo es el dipolo que se utiliza como elemento activo en las antenas receptoras de televisión vía satélite? Se trata de un dipolo Marconi, que está situado dentro de una guía de ondas.

Si en estas comunicaciones se transmiten señales de unos 12 GHz de frecuencia, ¿cuál será el tamaño de este elemento activo?

11. Observa la Figura 3.31 del Libro del Alumno, y contesta:

• La longitud de onda correspondiente a 12 GHz es de:

a) ¿A qué tipo pertenece cada una de las antenas?

λ = c/F = 3 · 108 / 12 · 109 = 2,5 cm

La antena superior es una antena Yagui, para la banda UHF. La del centro también es de tipo Yagui, pero funciona en la banda VHF, donde se

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

• La antena Marconi está formada por una varilla cuya longitud resuena a ¼ de la longitud de la onda correspondiente. Por lo

4/6

3 Antenas y líneas para radio y televisión tanto, si la frecuencia de resonancia de la antena es de 12 GHz, la antena tendrá una longitud de: Longitud ≈ λ/4 ≈ 2,5 cm/4 ≈ 6,25 mm

Determinar la función y las características de las líneas de transmisión.

13. Enumera las características de las líneas de transmisión, explicándolas brevemente. Las características principales de las líneas de transmisión son las siguientes: a) Impedancia: por su construcción física, las líneas de transmisión presentan una impedancia característica. Este parámetro se mantiene constante con la frecuencia y es propio de cada modelo de cable. En instalaciones de distribución de señales de radio y televisión se utilizan cables con una impedancia característica de 75 Ω. b) Atenuación: a medida que recorren el cable, las señales van perdiendo parte de su energía, debido a las imperfecciones de los materiales y a las limitaciones en su construcción. La atenuación de las líneas de transmisión cambia con la frecuencia y, ya que las señales recibidas por las antenas son muy débiles, es un factor importante a tener en cuenta. Este parámetro se mide en decibelios por metro (dB/m). c) Eficacia del apantallamiento: como las señales que transporta tienen una potencia muy baja, es importante protegerlas de las interferencias que pueden llegar desde el exterior. Por ello, las líneas de transmisión se construyen con técnicas que evitan las contaminaciones por ondas y ruidos eléctricos. De esta forma se crea una pantalla de protección que garantizará la calidad de las señales que se transportan por el cable. Esta eficacia se mide en tanto por ciento (%) de la superficie exterior del cable. d) Radio mínimo de curvatura: para cada tipo de línea existe un radio mínimo de la curva que es capaz de adoptar. Si no respetamos este radio mínimo al instalarlo, aparecerán

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

desadaptaciones de la impedancia del cable, y aumentará sensiblemente su atenuación. e) Características físicas: son las que afectan a las dimensiones del cable y los materiales que lo forman. Deberemos tenerlas en cuenta cuando, por ejemplo, elijamos los conectores adecuados según el diámetro exterior del cable. De los materiales empleados en la fabricación dependerán otros factores, como la protección ante el envejecimiento, además de la propia atenuación del cable o la eficacia del apantallamiento.

14. ¿Cuál es la impedancia característica de los cables que se emplean en las instalaciones de recepción de radio y televisión? En las instalaciones receptoras de señales de radio y televisión se utilizan cables con 75 Ω de impedancia característica.

15. La atenuación es un parámetro de los cables coaxiales, pero ¿siempre es constante? La atenuación de un cable coaxial aumenta a medida que aumenta la frecuencia de la señal que lo atraviesa. Por lo tanto, no se trata de un parámetro constante.

16. ¿Qué características debe tener un cable coaxial para poder utilizarlo en instalaciones receptoras de radio y televisión, dentro de una ICT? A la hora de elegir un cable para una instalación de ICT deberemos optar por un cable con doble malla y aislante de espuma de polietileno (polietileno celular), puesto que la norma así lo estipula.

Identificar las líneas de transmisión que se emplean en sistemas de radio y televisión. Las líneas de transmisión de uso en sistemas de radio y televisión son dos:

5/6

3 Antenas y líneas para radio y televisión a) Cable coaxial: está formada por dos conductores concéntricos, separados por un material aislante. El conductor central es un hilo o un conjunto de hilos de cobre u otros materiales conductores, mientras que el segundo hilo de la línea es en realidad una malla y/o una lámina conductora que la rodea. b) Guía de ondas: son tubos metálicos en cuyo interior se propaga la señal una vez radiada en uno de sus extremos.

17. ¿Qué tipo de línea de transmisión es el más adecuado para transportar una señal de 5 GHz?

18. ¿Existe alguna diferencia entre los cables coaxiales que se montan en instalaciones interiores respecto de los que se instalan a la intemperie? Razona tu respuesta. La diferencia fundamental se encuentra en el material del que está fabricada la cubierta exterior del cable. Lo más frecuente es que este elemento sea de PVC. Sin embargo, este material se degrada con las radiaciones solares, por lo que no es indicado para montarlo a la intemperie. En estos casos, deberemos utilizar cables con la cubierta exterior de polietileno, que soporta mejor las inclemencias del tiempo y no se degrada con el paso de los años.

Por encima de unos 3 GHz la mejor línea de transmisión es la guía de ondas.

Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios. Grado medio

6/6