Guía Autoapendizaje Semana 5

Guía de Autoaprendizaje 5
Fundamentos de Antenas
Asignatura: Antenas (Matutino)
Sección: 1309
Nombre del docente: Luis López
Nombre:
Fecha de entrega: 12 de Noviembre 2019
Introducción
Una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y capturar ondas
electromagnéticas. Las antenas son para conectar las líneas de transmisión con el espacio
libre, el espacio libre a líneas de transmisión, o ambas cosas.
En el extremo transmisor de un sistema de radiocomunicaciones con el espacio libre, una
antena convierte la energía eléctrica que viaja por una línea de transmisión en ondas
electromagnéticas que se emiten al espacio. En el extremo receptor, una antena convierte
las ondas electromagnéticas en el espacio en energía eléctrica en una línea de transmisión.
Objetivo General:
Definir los parámetros de radiación de antenas.
Objetivos Específicos:
 Contestar las preguntas 10-8 a 10-14. Del documento “Capítulo 10 Antenas
Preguntas”,
 Resolver los problemas 10-1 a 10-7. Del documento “Capítulo 10 Antenas
Problemas”
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Preguntas
Defina y describa las diferencias entre ganancia directiva y ganancia de potencia
La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en una dirección particular
con la densidad de potencia radiada en una dirección particular con la densidad de potencia radiada
al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma
cantidad de potencia.
D=
Ganancia Directiva.
P=
Densidad de potencia en algún punto de una antena (W/m2).
P ref= Densidad de potencia en el mismo punto de una antena de
referencia (W/m2).
La ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia
que alimenta a la antena (se toma en cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena
indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena indicada y
la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena de referencia no tiene
pérdidas (n = 100%). Matemáticamente la ganancia de potencia (A p) es
Si una antena no tiene pérdidas irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de potencia es
igual a la ganancia directiva. La ganancia de potencia para una antena también se da en decibeles
en relación con alguna antena de referencia.
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9. ¿Qué es la directividad para una antena isotrópica?
La directividad de una antena isotrópica es la unidad. Ya que es la de referencia, y la directividad de
cualquier otra antena es siempre mayor que uno.
10. Defina la potencia irradiada isotrópica efectiva.
La potencia radiada isotrópica efectiva (EIRP) se define como una potencia de transmisión
equivalente y se expresa matemáticamente como.
EIRP es la potencia equivalente que tendría que radiar una antena isotrópica para alcanzar la misma
densidad de potencia en la dirección seleccionada en un punto determinado, como otra antena.
11. Defina la polarización de la antena.
La polarización de una antena se refiere solo a la orientación del campo eléctrico radiando desde
esta. Puede ser en forma lineal (horizontal o vertical); en forma elíptica o en forma circular. En tanto
si la antena irradia onda electromagnética vertical estará polarizada verticalmente así mismo con la
forma elíptica, la polarización será elípticamente y con la forma circular que dará una polarización
circular.
12. Defina la apertura de haz de la antena.
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a 3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la
potencia máxima (en la dirección principal de radiación). También se puede definir el ancho de haz
entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos
ceros adyacentes al máximo.
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13. Defina el ancho de banda de la antena.
El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación
de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos demedia potencia, pero
a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena.
14. Defina la impedancia de entrada de la antena. ¿Qué factores contribuyen a esa impedancia?
Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de
entrada.
La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de
Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia
de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su
reactancia de entrada.
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Problemas
10-1. Para una antena con potencia de entrada Pent =100 W rms, corriente I=2A y
resistencia efectiva Re =2Ω, calcule:
a) La resistencia de radiación de la antena.
Pent =Pper + Prad
100 w=I2 R+I2 R
100 w=(2)2 2+(2)2 R rad
100 w=8+4R rad
R rad =
100-8 92
=
4
4
R rad =23Ω
b) La eficiencia de la antena.
η=
R rad
R rad +R per
*100%=
23
23+2
*100% = 92%
c) La potencia irradiada de la antena 𝐏𝐞𝐧𝐭
Prad =I 2 *R rad
Prad =(2)2 *23
Prad =92 w
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10-2. Calcule la directividad, en decibelios, de una antena que produce una densidad de
potencia P=2 μw/m2 en un punto en el que una antena de referencia produce 0.5 μw/m2.
D=
P
2 μw/m2
=
=4
Pref 0.5 μw/m2
D (db) = 10 log (D)
D (db) = 10 log (4)
D (db) = 6.02
10-3. Calcule la ganancia de potencia, en decibelios, para una antena con una ganancia
directiva de D = 40 dB y eficiencia n = 65%
𝜂 = 10 log ( 𝜂)
G = D (dB) + N (dB)
𝜂 = 10 log ( 0.65)
G = 40 + (-1.87)
𝜂 = -1.87 db
G = 38.13 db
10-4. Calcule la potencia isotrópica efectiva irradiada para una antena con ganancia de
potencia Ap = 43 dB y potencia irradiada Prad = 200 W.
Ap = D * η ; donde 𝜂 = 100%
D=
Ap
n
=
43
100
= 0.43
EIRP = Prad * D
EIRP = 200 w * 0.43
EIRP = 86 w
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10-5. Calcule la potencia isotrópica efectiva irradiada para una antena con directividad D
= 33 dB, eficiencia n = 82% y potencia de entrada Pent = 100 W.
D (db) = 10 log (D)
Ap = D * 𝜂
33 db = 10 log D
Ap = 1995.26 * 0.82
103.3 = D
Ap = 1.636 x 103
D = 1995.26
EIRP = Pent * Ap
EIRP = 100 w * 1.636 x 103
EIRP = 163.61 x 103 w ≈ 163.61 kw
10-6. Determine la densidad de potencia en un punto a 20 Km de una antena que está
irradiando 1000 w y tiene ganancia de potencia 𝐀 𝐩 = 𝟐𝟑 𝐝𝐁.
P=
Pent *Ap
4πR2
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=
1000 w*23 db
3 2
4π (20*10 )
=
23000
5,02*109
= 4,57 μW/m2
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10-7. Calcule la densidad de potencia en un punto a 30 km de una antena cuya potencia
de entrada es 𝐏𝐞𝐧𝐭 = 𝟒𝟎𝐰, eficiencia 𝛈 = 𝟕𝟓%, y directividad 𝐃 = 𝟏𝟔𝐝𝐁.
D (db) = 10 log (D)
Prad = 𝜂 * Pent
16 db = 10 log D
Prad = 0.75 * 40
101.6 = D
Prad = 30 w
D = 39.81
P=
Pent *Ap
2
4πR
=
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30 w*39.81
2
4π(30000)
=
1194,32 w
1,13*10
10
= 1,056*10-7 w/m2
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