DEPARTAMENTO DE SEALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIN Y PROPAGACIN

Examen extraordinario. 12 de septiembre de 2011 APELLIDOS: .. NOMBRE: DNI: .. PROBLEMA 1: (3 puntos) Considere un radioenlace de corta distancia a 10 GHz travs de un lago. Las antenas son dos bocinas cnicas corrugadas de 10 cm de dimetro con polarizacin vertical y error de fase s=0.2 y estn situadas a 612.5 cm del suelo.

1. Estime la directividad de las bocinas. (1.5p)

2. Calcule las prdidas del radioenlace considerando el lago, con coeficiente de reflexin de -1, si la separacin entre antenas es de 1000 metros. (1.5p)

Diagrama universal de la bocina cnica

corrugada Solucin:

1. El radio de la bocina es a=5 cm y la longitud de onda es =30/10GHz=3 cm. Para calcular el ancho de haz a -3dB, vamos a la grfica al corte de 0.707 con s=0.2 y obtenemos en abcisas:

25.24212.122.2sin2 3 dBBWa

La directividad se obtiene a partir del ancho de haz a -3dB:

dBiBWD 5.1841253log10 2

2. Para calcular las prdidas del radioenlace: reflexionrxtxeleradioenlac LGGLL

Las ganancias de las antenas son equivalentes a la directividad.

Las prdidas de espacio libre son: dBdLel 4.1124log20

Las prdidas por reflexin se calculan a partir de la suma del rayo directo y reflejado:

dBLEeEEEE reflexiondRj

drdtot 62log20212

cmhR 5.7100041000 22

DEPARTAMENTO DE SEALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES

RADIACIN Y PROPAGACIN Examen extraordinario. 12 de septiembre de 2011

APELLIDOS: .. NOMBRE: DNI: .. PROBLEMA 2: (3 puntos) Considere el dipolo de la figura enfrentado y paralelo al plano conductor que puede suponerse indefinido, funcionando a 1.5 GHz.

LneaCoaxial

Plano Reflector

Zc=50

Soporte

LneaCoaxial

Plano Reflector

Zc

Soporte

L=9.3 cm

5 cm

kL/2Impedancia mutua entre dos dipolosidnticos, paralelos, enfrentados y

separados /21. Si la autoimpedancia del dipolo aislado es de 70-j24 , calcule la impedancia de entrada del dipolo enfrentado al plano (impedancia vista por el cable coaxial de 50 ohm en su extremo superior) aplicando imgenes. (1.5p) 2. Calcule las prdidas por desadaptacin de impedancia cuando se alimenta con un transmisor adaptado a la lnea coaxial de 50 que lo excita. (1.5p)

Solucin: 1. La impedancia de entrada se calcula aplicando el teorema de las imgenes. El dipolo sobre

el plano de masa se puede sustituir por dos dipolos separados 10 cm y excitados con corrientes opuestas. En este caso:

80241024701

11211111221111 jjI

VZzIzIzIzIV in

donde z11 est en el enunciado y z12 se obtiene de la grfica para:

jzLkL 241046.12

22 12

2. Las prdidas por reflexin se calculan como: dBLrefl 24.01log10 2 , donde el coeficiente de reflexin es:

23.0

oin

oin

ZZZZ

DEPARTAMENTO DE SEALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES EXAMEN DE RADIACIN Y PROPAGACIN

Examen extraordinario. 12 de septiembre de 2011 APELLIDOS: .. NOMBRE: DNI: .. TEORA (4 puntos)

1. Qu tipo de antenas se utilizan tpicamente como transmisoras de radiodifusin en onda media? Diga en qu orden de tamaos reales se encuentran y algunas de sus caractersticas elctricas (diagrama de radiacin, polarizacin, ganancia...) (0.5p)

Las antenas que se utilizan son los mstiles o torres, que consisten en monopolos sobre plano de masa. Los monopolos tienen unas dimensiones de cuarto de longitud de onda, que a la frecuencia de 1 MHz, son 75 metros. El diagrama de radiacin es omnidireccional, la polarizacin vertical (nica posible en onda de superficie) y las ganancias pequeas: la directividad del monopolo /4 es de 5.15 dBi.

2. Cite las principales caractersticas de las antenas Yagi. Qu ganancias pueden conseguir? Qu aplicaciones tienen? En qu bandas de frecuencias se utilizan habitualmente? (0.5p) Las Yagis son arrays de dipolos paralelos en las que slo se alimenta de forma directa el excitador, hacindolo los dems (reflector/s y directores) por acoplamiento mutuo. Las ganancias son desde unos 7dBi para 2 elementos a 17/18 dBi para unos 30 directores. La aplicacin fundamental es como antena receptora de seales de TV en las bandas de VHF (60-300MHz) y UHF (300MHz hasta unos 850MHz).

3. Un array endfire de cinco dipolos trabajando a 1 GHz, tiene una separacin entre

elementos de 40 cm y una ganancia de 50 dBi. Comente las incongruencias de esta frase. (0.5p)

A 1 GHz la longitud de onda son 30 cm, con lo que no puede haber una separacin entre elementos de 40 cm (la separacin debe ser menor de /2 para que no existan lbulos de difraccin en los arrays endfire). Tampoco puede haber una ganancia de 50 dBi con arrays de estas dimensiones a esta frecuencia.

4. Una antena transmisora radia polarizacin elptica a izquierdas de 20 dB de relacin axial y eje mayor segn el eje x. Razone con cul de estas polarizaciones de antena receptora se recibir la mxima potencia: circular a izquierdas, circular a derechas, lineal sobre x o lineal sobre y. (0.5p)

Una relacin axial de 20 dB da una polarizacin prcticamente lineal. Como la elipse est con el eje mayor segn el eje x, ser con una polarizacin lineal segn el eje x con lo que se reciba la mxima potencia.

5. Un radioenlace a 30 GHz de 20 km de distancia se ve afectado por una lluvia de 25litros/hora. Comente los efectos sobre el mismo. (0.5p)

A 30 GHz el efecto de la lluvia es apreciable: provoca atenuacin de la seal, despolarizacin de la seal, aumento del nivel de ruido.

6. Una bocina piramidal ptima tiene una directividad de 18 dBi a 500 MHz. Estime las dimensiones de la antena. (0.5p)

La bocina piramidal ptima tiene una eficiencia de apertura de 0.5. Por lo tanto podemos extraer el rea de la apertura como:

210/1822 3615110

44 cmBABASD aaa

Haciendo A1.4B para que los anchos de haz sean similares, obtenemos: B=160,7cm y A=225cm

7. Un reflector Cassegrain centrado, de 1.5 metros de dimetro posee una ganancia de 46

dBi a 15 GHz, cuando se ilumina con una bocina cnica corrugada de 20 dBi de ganancia. Si se cambia la bocina de alimentacin por otra de 15 dBi de ganancia, diga cmo varan los distintos parmetros (ganancia, ancho de haz, lbulos, eficiencias ...) de la antena reflectora. (0.5p)

Para empezar comprobamos en qu punto se encuentra: para ello calculamos la eficiencia de apertura del reflector:

72.0102

44 10/462

22

aaaa SDG

, que es un valor que corresponde al ptimo. Por lo tanto, cualquier cambio de configuracin har que la ganancia y directividad se reduzcan. Al pasar a una bocina de menor ganancia, el reflector se iluminar de manera ms uniforme con lo que la eficiencia de iluminacin aumentar, el haz principal se estrechar y aumentarn los lbulos secundarios. Por el contrario la eficiencia de spillover se reducir, y tambin la eficiencia total (al ir a una situacin no ptima).

8. Una antena que posee una impedancia de entrada de 75+j10 y un rendimiento de

radiacin de 0.85 se alimenta a travs de un cable coaxial sin prdidas de 50, conectado a un generador de 50 con una potencia disponible de 2W. Calcule la potencia radiada por la antena. (0.5p)

La potencia radiada se calcula a partir del rendimiento de radiacin y las prdidas por desadaptacin de impedancias como:

WWjjPPP distxradentradrad 62.12501075

501075185.012

2