Repaso Propagación y Antenas PDF

Propagación y Antenas. REPASO CTE. PÉREZ MARTÍN HOYO DE MANZANARES, 18 -10-24. 1 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso IND...

Propagación y Antenas. REPASO CTE. PÉREZ MARTÍN HOYO DE MANZANARES, 18 -10-24. 1 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso INDICE 1. Sistemas de Radiofrecuencia. 2. Ondas electromagnéticas. 3. Espectro electromagnético. 4. Fundamentos de radiación. 5. Generalidades de antenas. 6. Propagación. 7. Tipos de antenas. 2 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Esquema de un Sistema de Comunicaciones Digitales 3 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Sistemas analógicos y digitales Sistema digital es cualquier sistema que pueda generar, procesar, transmitir o almacenar señales mediante dígitos y que solo admite valores discretos, es decir, que solo admite un conjunto limitado de números o valores. Sistema analógico es cualquier sistema cuyas señales se representan con valores continuos, es decir, que admite números o valores infinitos. 4 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Sistemas analógicos y digitales SISTEMAS ANALÓGICOS SISTEMAS DIGITALES ✓ OBJETIVO: reproducir con ✓ OBJETIVO: determinar a precisión la forma de onda partir de la señal recibida transmitida. distorsionada y perturbada por el ruido cuál de entre un número finito de formas de onda ha sido enviada. 5 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Conceptos previos FORMATEO: ✓ Convierte la información de la fuente en símbolos digitales. Este proceso incluye el muestreo, la cuantificación y la codificación. ✓ Hace la información compatible con el sistema de comunicación digital. CODIFICACIÓN DE FUENTE: ✓ Elimina la información redundante. MODULACIÓN: ✓ Permite transmitir la información en un espectro adecuado al canal de comunicación. ✓ Es un requisito indispensable si se quiere transmitir señales de radiofrecuencia a través del espacio. ✓ Íntimamente relacionado con el multiplexado. 6 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Conceptos previos ENCRIPTACIÓN: Protege al mensaje contra la intervención de usuarios no ✓ autorizados. CODIFICACIÓN DE CANAL: ✓ Permite reducir la probabilidad de error (PE). ✓ Se consigue eligiendo formas de onda adecuadas y con la agregación de bit extras que sirven para detectar y corregir errores. ✓ Aumentan la complejidad del sistema y el ancho de banda. MULTIPLEXACIÓN: ✓ Permite la confluencia de señales provenientes de diversas fuentes para compartir el canal de comunicaciones. Dpto. Técnica Militar de Transmisiones 7  Repaso Transmisión de la información Al aumentar la distancia de un enlace debemos emplear sistemas de comunicación electrónicos. Qué es una TELECOMUNICACIÓN. Inevitable degradación de la señal, se requiere un mínimo de calidad a la entrada del receptor. Frecuencias vocales muchas limitaciones. Solución: trasladar la señal a mayores frecuencias. 8 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Sistema de Transmisión 9 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Radiocomunicación Los sistemas de comunicación electrónicos permiten las telecomunicaciones. Distinguimos entre transmisión guiada y radiada. RADIOCOMUNICACIÓN: son las telecomunicaciones realizadas empleando ondas radioeléctricas. Técnica de la radiocomunicación: INFORMACIÓN + ONDA EMG SOPORTE 10 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Radiocomunicación ANTENA: dispositivo de acoplamiento entre el transmisor/receptor y el medio de propagación. ESTACIÓN TRANSMISORA: conjunto de moduladores, filtros, transmisor… + antena tx. ESTACIÓN RECEPTORA: conjunto de demodulador, amplificador, filtros, receptor… + antena rx. RADIACIÓN: flujo de energía de una fuente en forma de onda electromagnética. 11 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Sistema de Radiocomunicación Básico PORTADORA SEÑAL DESEADA MEDIO DE PROPAPACIÓN SEÑAL MODULACIÓN TRANSMISOR ANTENA TX INTERFERENCIAS RUIDO SEÑAL DESEADA SEÑAL DEMODULACIÓN RECEPTOR ANTENA RX RECIBIDA 12 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Radiocomunicación INTERFERENCIA: superposición de diferentes ondas electromagnéticas: destructiva o constructiva. EMI: Interferencia electromagnéticas – EMI: Electromagnetic Interference. – RFI: Radio Frequency Interference. INTENCIONADAS: perturbación. NO INTENCIONADAS: interferencia y ruido. DISTORSIÓN: diferencia entre la señal que entra a un equipo o sistema y la señal que sale. 13 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Clasificación de Ondas MECÁNICAS ELECTROMÁGNETI MEDIO CAS GRAVITACIONALES UNIDIMENSIONALES DIRECCIÓN BIDIMENSIONALES Ondas TRIDIMENSIONALES LONGITUDINALES MOVIMIENTO TRANSVERSALES PERIODICAS PERIODICIDAD NO PERIODICAS 14 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso PROPAGACIÓN: Conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas del transmisor al receptor. Transporte de energía sin transporte de materia. Ionosférica, Troposférica y por Onda de Superfice. Principio de HUYGHENS: las vibraciones de un punto del espacio excitan vibraciones en puntos próximos permitiendo que la “onda viaje” en el espacio a una determinada velocidad. VELOCIDAD DE UNA ONDA - PROPIEDAD DE LAS ONDAS EN CADA MEDIO DE PROPAGACIÓN. - CONSTITUYE UN ELEMENTO DIFERENCIADOR (TIPOS DE ONDAS Y MEDIO). - Sonido en el aire: 335 m/s; en el agua: 1524 m/s - Velocidad ondas electromagnéticas: 300.000 km/s. 15 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Una onda electromagnética es la composición de un campo eléctrico y uno magnético. Estos dos campos se producen en planos perpendiculares. Las variaciones de estos campos forman la onda electromagnética. La onda avanza en la dirección perpendicular a los dos campos La velocidad de propagación de la onda va a depender del medio de propagación. 16 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso PARÁMETROS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 17 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso LONGITUD DE ONDA (I) Es el espacio que recorre la onda para cada uno de los ciclos que realiza. Separación entre dos oscilaciones consecutivas. Se identifica con la letra griega . Se mide en metros. Fundamental para dimensionar tamaño de las antenas 18 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de la luz: 3 x 10 8 m/s En otros medios se establece un “factor de velocidad”: Característica de cada onda según el medio de propagación. 19 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso “la velocidad a la que se repite el movimiento FRECUENCIA periódico de un punto concreto de la onda dentro del medio de propagación”. Define el número de ciclos que se completan en un segundo de tiempo. Se mide en hercios (Hz). Es la función inversa del período F = 1 / T. Se relaciona con la longitud de onda por: F = c /  Las ondas complejas pueden tener más de una frecuencia. Las ondas con una sola frecuencia tienen forma sinusoidal. 20 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Clasificación de polarizaciones Clasificación de polarización se toma como referencia el plano de propagación del campo eléctrico. VERTICAL LINEAL POLARIZACIÓN HORIZONTAL LEVÓGIRA (HORARIA) CIRCULAR DEXTRÓGIRA (ANTIHORARIA) ELÍPTICA Polarización de referencia o copolar. Discriminación Polarización cruzada o contrapolar. de polarización cruzada. 21 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Ley Cuadrática inversa Onda electromagnética representa un flujo de energía en la dirección de propagación. “Se refiere a aquellos fenómenos físicos ondulatorios, como la luz y el sonido, cuya intensidad disminuye de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia del centro donde se origina. DENSIDAD DE POTENCIA (S) Es la cantidad de energía que atraviesa una superficie. Si una fuente radia potencia de forma constante en todas la direcciones, la potencia total que atraviesa una superficie esférica será igual a la potencia total radiada. RADIADOR ISOTRÓPICO: aquella fuente que cumple la característica anterior. 22 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso LEY CUADRÁTICA INVERSA DE LA RADIACIÓN La densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente. d 23 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso LEY CUADRÁTICA INVERSA DE LA RADIACIÓN En espacio libre. Requiere de un MEDIO ISOTROPICO: aquel en el que la velocidad de propagación es la misma en todas direcciones. Resultado de la expansión esférica de los frentes de onda. Resultado de la ley de la conservación de la energía. 24 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso La intensidad de campo y densidad de potencia La densidad de potencia de una onda está relacionado con los valores de intensidades de campo eléctrico y magnético. Según el Vector de POYNTING: La impedancia característica del medio relaciona las intensidades de campo eléctrico y campo magnético: aplicando los valores para el vacío La relación entre el campo eléctrico y el campo magnético para cualquier onda que se propague en el espacio libre o en el vacío es: 25 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso La intensidad de campo y densidad de potencia por lo tanto: Indica que la intensidad de campo eléctrico es inversamente proporcional a la distancia a la fuente. En términos de densidades de potencia: En términos de intensidades de campo eléctrico: 26 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso La atenuación Debido a la expansión esférica, las ondas se van atenuando. La atenuación es la relación entre las densidad de potencia o entre las intensidad de campo. Si d1UHF) el oxígeno y vapor afectan a la propagación de manera significativa. LA ATENUACIÓN POR ABOSORCIÓN no depende de la distancia a la fuente, sino, del total del espacio recorrido por la onda. 29 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso La atenuación Un medio se caracteriza por su COEFICIENTE DE ABSORCIÓN (ϒ): representa la atenuación en dB que sufre la onda al recorrer una distancia en el medio. 30 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso La atenuación La atenuación total es la suma de la atenuación de espacio y la de absorción. 31 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso DEFINICIÓN ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO: - Distribución energética de las ondas electromagnéticas. - Distribución ordenada de las ondas electromagnéticas según su frecuencia o longitud de onda. “Es la representación conceptual, organizada y sistemática del conjunto de todas las posibles frecuencias asociadas a las ondas electromagnéticas, en la que resulta posible la propagación de éstas en el espacio”. Las ondas electromagnéticas se ordenan por: frecuencia, longitud de onda o energía. c=fλ E=hf EEM se extiende desde rayos gamma y rayos X hasta las ondas radio. Se puede afirmar que el comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. 32 Militar Dpto. Técnica El deespectro Transmisiones electromagnético se divide en segmentos o bandas.  Repaso ESPECTRO RADIOELÉCTRICO: es el subconjunto del espectro electromagnético cuyas frecuencias se pueden transmitir por ondas de radio. - RECURSO NATURAL Y LIMITADO. - LAS ONDAS RADIO SE PROPAGAN POR EL ESPACIO SIN GUÍA ARTIFICIAL. - SE EMPLEA PARA LA PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES. - SU USO ESTÁ REGULADO INTERNACIONALMENTE. - SE DIVIDE EN 9 BANDAS DE TRABAJO PARA CADA UNO DE LOS SERVICIOS (RADIODIFUSIÓN, COMUNICACIONES PRIVADAS, TELEVISIÓN,…) - SEÑALES RADIOELÉCTRICAS: 3 KHz a 3000 GHz. - DEPENDIENDO DE LA BANDA DE FRECUENCIA EMPLEADA SE DETERMINARÁN UNOS PARÁMETROS BÁSICOS DE: alcance del enlace, atenuación del medio y tamaño de la antena empleada. 33 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso BANDA DE MICROONDAS BANDA FRECUENCIA LONGITUD DE ONDA L 1 – 2 GHz 30 – 15 cm S 2 – 4 GHz 15 – 7,5 cm C 4 – 8 GHz 7,5 – 3,75 cm X 8 – 12,4 GHz 3,75 – 2,42 cm Ku 12,4 – 18 GHz 2,42 – 1,66 cm K 18 – 26,5 GHz 1,66 – 1,11 cm Ka 26,5 – 40 GHz 11,1 – 7,5 mm mm 40 – 300 GHz 7,5 – 1 mm 34 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso SERVICIO DE RADIOCOMUNICACIÓN: Es aquél que comporta la transmisión o recepción de ondas radio para fines de telecomunicaciones. BANDA FRECUENCIA UTILIZACIÓN TÍPICA ELF < 3 KHz Telefonía banda base, comunicación con submarinos y en minas. VLF 3 – 30 KHz Radionavegación, servicio móvil marítimo, comunicación con submarinos. LF 30 – 300 KHz Frecuencias patrón, radiodifusión (AM), servicio de navegación. MF 0,3 – 3 MHz Radiodifusión (AM). HF 3 – 30 MHz Servicios fijos, servicio móviles, radiodifusión. VHF 30 – 300 MHz Servicio fijos, móviles, radiodifusión y televisión UHF 0,3 – 3 GHz Servicios fijos (radioenlaces), servicios móviles, radiodifusión. SHF 3 – 30 GHz Servicios fijos, telecomunicación y radiodifusión por satélite, radionavegación. EHF 30 – 300 GHz Enlaces satélite, radioastronomía. 35 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso ATRIBUCIÓN Consiste en registrar en una “Tabla de atribución de frecuencias” una banda de frecuencias, para su uso por uno o varios servicios de radiocomunicaciones. La realiza la UIT. ADJUDICACIÓN Consiste en la inscripción de una frecuencia o canal en un plan para su uso por una administración en un determinado servicio de radiocomunicación. La realiza las administración de telecomunicaciones de los diferentes países. ASIGNACIÓN Consiste en la autorización para que una estación pueda utilizar una frecuencia o canal, bajo ciertas condiciones. La realiza la administración de un país. 36 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso Todo sistema eléctrico que transporta corriente alterna o pulsada radia energía en forma de onda electromagnética. La energía radiada será mayor cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente eléctrica. REGIÓN DE COMUNICACIÓN: 10 Khz a 30 Ghz. ECUACIONES MAXWELL conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. Representan el intercambio de energía entre los campos eléctricos y magnéticos. Obtenidas de forma teórica. Unificó los estudios de Faraday, Ampere, Gauss, Ohm e introdujo el concepto de corriente de desplazamiento. 37 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso ECUACIONES DE MAXWELL ❑ Ley de Gauss: La ley de Gauss explica la relación entre el flujo del campo eléctrico y una superficie cerrada. En ausencia de cargas eléctricas, las líneas de fuerza del campo eléctrico no pueden ser creadas ni destruidas. ❑ Ley de Gauss para el campo magnético: Los campos magnéticos no comienzan y terminan en cargas diferentes. Las líneas de los campos magnéticos deben ser cerradas. No existen cargas magnéticas aisladas. 38 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso ECUACIONES DE MAXWELL ❑ Ley de Faraday-Lenz: Establece que un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico. ❑ Ley de Ampere generalizada: Establece que un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético en virtud de la suma de las corrientes de conducción y de desplazamiento. ❑ *Ley de Lorentz: Establece la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica. 39 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso ECUACIONES DE MAXWELL Las ecuaciones de Maxwell conllevan el principio de conservación de la carga: la carga eléctrica no se crea ni se destruye sino que únicamente se transfiere. Si en una superficie cerrada está disminuyendo la carga contenida en su interior, debe haber un flujo de corriente neto hacia el exterior del sistema. 40 Dpto. Técnica Militar de Transmisiones  Repaso ECUACIONES DE MAXWELL CAMPOS REACTIVOS Y RADIADOS - Las expresiones de los campos eléctrico (E) y magnético (H) se pueden calcular a partir de la distribución de corriente sobre la antena. - Campos de una antena: INDUCIDO Y RADIADO. - Campo Inducido: predominan si kR