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R&S – su socio para antenas

RSES “Día de puertas abiertas” 31 de Mayo de 2011

ROHDE & SCHWARZ España, S.A.RadiomonitoradoSalcedo 11 - 28034 MadridEspañaTel: +34 91334 10 70E-mail:[email protected]@rohde-schwarz.com

Internet: www.rohde-schwarz.com

Agustín MartínProyectosMaría DuránRadiomonitorado

05/2011 | R&S – su socio para antenas | 2

Sumario0 Introducción

1 Competencias1.1 Mercados, cartera y referencias1.2 Historia1.3 Herramientas / técnicas

2 Ejemplos seleccionados de tecnologías usadas2.1 Antenas activas2.2 Antenas Log. Periodicas2.3 Antenas de reflector parabólico

3 Capacidades3.1 Revisión de productos3.2 Antenas para communicaciones3.3 Antenas para aplicaciones de monitorado3.4 Antenas para aplicaciones de medida3.5 Antenas para aplicaciones de radiogoniometría

4 Flexibilidad4.1 Soluciones personalizadas para aplicaciones navales4.2 Antenas personalizadas para monitorado en HF


Introducción

l Experiencia de sistemas integrados en todo el mundo (R&S está presente en másde 70 países además de Alemania)

l Experiencia local con profesionalesaltamente cualificados en clientes civiles y militares (Ministerio de Defensa, Ministeriodel Interior, SETSI, Organismos locales, operadores, etc)

l Integración basada en sistemas COTS

l Diseño modular con objetivos de eficiencia, ergonomía y economía


Introducción

l El departamento de antenas de R&S se integra en la División de Radiomonitoradoy Radiolocalización

l Fabricación de antenas para aplicacionespropias conectadas a la gama de productos de R&S

l Desde la fase de diseño hasta la producción

l Sistemas de antenas específicos y diseños a medida para aplicacionesespeciales


Introducción

Una antena es un elemento importante en un sistema decomunicación, radiogoniometría, monitorado o medidas,como un eslabón de una cadena.

Transmisor AntenaTransmisora

AntenaTransmisora

Ruta depropagación

AntenaReceptoraAntena

Receptora Receptor

Diagrama de Bloques de un Enlace de Radiocomunicaciones


Introducción

Tipos de propagación de la onda:Superficie, ionosférica y comunicación en espacio libre

10 100 kHz 1 1.5 3 5 10 MHz 30 100 MHz 1 GHz

El Diseño de la Antena Depende del Rango de Frecuencia Operativo


Introducción

Antenas de Rohde & Schwarz(Cubriendo desde 100 Hz a 40 GHz)

Programa StandardAntenas de ComunicacionesAntenas receptoras para radiomonitoradoAntenas de medidasAntenas de radiogoniometría

Sistemas de AntenasProyectos llave en mano para

Comunicaciones en HF y V/UHFSistemas personalizados de monitorado y localizaciónSoluciones especiales de antenas


Competencias

Centro decompetencias

Referencias

– Sistemas para EADS, THALES, Indra, NEC, …– Instalaciones militares en todo el mundo (e.g. clientes en Alemania, Reino Unido, España, Holanda,

Francia, Noruega, Italia, USA, America, así como en Asia, Africa y Australia)– Laboratorios de medidas– Autoridades civiles de monitorado ( e.g. autoridades reguladoras, policia, servicios de inteligencia,

etc.)– Centros de prueba industrial de NOKIA, BMW, VW, etc.

• Desarrollo de Productos de Antena,superior respecto a:– Inovación, aplicación, calidad, fiabilidad, soporte post-venta

• Cartera– Antenas de comunicaciones (para uso fijo y móvil)– Antenas de monitorado (pasivas y activas)– Antenas de medida con calibración individual– Antenas de radiogoniometría– Simulación de antenas y fabricación– Proyectos de antenas diseñadas por el cliente– Estudios de antenas


Competencias - HistoriaConocimientos en desarrollo de antenas de aprox. 60 años

Algunos puntos a destacar:Antenas para radiodifusión 1950Primeras antenas log. per. para aplicaiones en onda corta (hasta 500 kW) 1964Primer sistema en el mundo de antenas activas para polarización hor. y vert. 1974Sistema de antena directiva manualmente dirigibleble AC008 de 1 GHz a 18 GHz 1984La mas pequeña antena rotable log. per. de HF del mundo HL451 1985Dipolo de HF de 1kW HX002 con ATU integrada totalmente automatica 1987Sistema de antena de medida activa de alta sensibilidad TEMPEST AM524 1991Sistema de antena directivas de mano HE200 de 10 kHz a 3 GHz 1997Antena activa móvil banda sumamente ancha, HE500 de 20 MHz a 3000 MHz 2001Antenas coms. de altas prestaciones HK055xx de 27.5 MHz a 600 MHz 2004Antena CESM compacta para submarinos ADD216 de 300 kHz a 3 GHZ 2005Antena de bocina de ganancia plana double-ridged HF907 de 0.8 GHz a 18 GHz 2007Sistema de antena directiva unica de mano HE300 de 9 kHz a 7.5 GHz 2008


Competencias - herramientas / técnicas

Software de Simulaciónl CONCEPT, Vers.:10.0 (www.tet.tu-harburg.de/en_EN/en_index.php)

l FEKO, Suite 6.x (www.feko.info/)

l GRASP, Vers.: 8.x (www.ticra.com/)

l CST MICROWAVE Studio (www.cst.com)

Sitios de Medida y Pruebal Rango de prueba de campo abierto (en laboratorio)l Cámara anecoica (en laboratorio)l Rango de prueba de campo abierto (en area rural)l Sitio de calibración de antena acreditado (en fábrica)


S / N

P

PS

PN

PE

P

PS

PNPE

Antenna length

S/N

S / N

P

PS

PN

PE

P

PS

PNPE

Antenna length

S/N

S / N

P

PS

PN

PE

P

PS

PNPE

Antenna length

S/N

Acortar el radiador ...

... por debajo deuna cierta cantidad ...

... NO afecta a la relación S/N !!!

La longitud de los radiadores determina el nivel de salida de la señal

Antenas Activas – Idea Basica

Solo hasta que el ruido del receptor PEalcance el ruido externo PN

PS = nivel de señalPN = nivel ruido externoPE = nivel ruido receptor

La calidad de recepción no esta solo relacionada con el nivel de tensión de la señal en el receptor. Es mas importante la relación señal-a-ruido (S/N) a la salida del receptor !

Tecnologías usadas


Antenas Activas en Principio

Radiadores electricamente cortos

Conversión de impedancia& “algo” de amplificación

50 Ω output

Monopolo Dipolo

= Antena Activa

Radiador electricamente corto

+ adaptación de impedanciaa la impedancia del cable

+ tensión en circuito abiertoen la antena

50 Ω output

Plano de tierra

Tecnologías usadas

Las Antenas Activas solo pueden usarse en recepción


apro

x . 1

2 m

pasiva activa

Antenas Activas: Sentido en la Práctica …

apro

x . 1

m

1.5 MHza 30 MHz

9 kHza 80 MHz

Tecnologías usadas

Ventaja:- mayor banda de frecuencia- menor dimensión


Antena Activa. Consideraciones de Diseño

Tecnologías usadas

Hay dos propósitos ligeramente contradictorios:

⇒ El margen entre los propósitos 1 y 2 es llamado Rango Dinámico

La antena activa deberá alcanzar maxima sensibilidad respecto al ruido externoesperado.

→ selección del circuito activo con figura de ruido razonable

Pro. 1:

La antena activa deberá tener buena protección contra señales fuertes interferentes – no importa si se generan interna o externamente a la antena activa propiamente.

- las señales externas fuertes se pueden evitar eligiendo bien y cuidadosamente la ubicación e instalación de la antena (not demasiado alta, buen plano de tierra)- la generación interna de espurios esta causada por amplificadores no-lineales→ son necesarios valores altos de IP3 e IP2!

Pro. 2:


.11 constss

ll

n

n

n

n == ++

α

Aplicaciones:• Antenas de Monitorado• Antenas de Medida• Antenas de iluminadores

Comunmente usadas dese 1 MHz hasta 30 GHz

El Array de Dipolos Log. Periodico (LPDA)La antena log. periodica se define como una estructura cuyas propiedades electricasvarían periodicamente con el logaritmo de la frecuencia.Las antenas Log. periodicas fueron introducidas al final de los 1950s.

Alimentación(alternada

Dirección de laradiación principal

sn

ln

Tecnologías usadas


f

Principio de Antenas Log. Periodica

La Zona Activa es solo una parte del tamaño total de la antena→ relativamente baja ganancia

comparado con el tamañototal

Tecnologías usadas

En las antenas log. periodicas hay siempre justo un par de radiadores activos cuyaslongitudes se encuentran a λ/2 de la frecuencia real. Esto se llama la zona activa.

Para frecuencias altas la zona activase mueve hacia la punta de la antena, para frecuencias bajas se encuentra al final de los radiadores mas largos.

Zone activa

Ventajas:rango de frecuencias extremadamente grande(teoreticamente sin limitaciones)

Desventajas:pobre ganancia por tamaño


Diagrama de Radiación de Antenas Log. Periodica (tip.)

HPBW:aprox. 65°

HPBW:aprox. 120°

Diagrama de radiación y gananacia casi constante en el rango operativo de frecuencias.

Tecnologías usadas


Antenas de Reflector Parabolico (1)

Tecnologías usadas

rεε

Fren

tede

on

da

Eje de hazFoco

Verticeo

opex

Superficieparabolica

• La propagación de ondas electromagneticas en el rango de microondas sigue las reglas de la físicaoptica

• Angulo de incidencia ε= angulo de reflexión εr

• Un reflector parabolico enfoca un frente de onda a su foco

• Colocando una antena iluminadora en el foco deun reflector con el tamaño apropiado permitealcanzar valores de muy alta ganancia y – comoconsecuencia – anchos de haz muy estrechos

• Los reflectores parabolicos pueden ser de unaestructura solida o mallada → la malla reduce el límite superior de frecuencia



Iluminación OffsetIluminador

Cassegrain

• Mecanicamente los reflectores se caracterizan por sudiametro D y su relación F/D.

• Rango de relaciones típicas F/D de 0.25 a 0.5

• Los sistemas reflectores difieren debido a la posición del iluminador en relación al reflector

Tecnologías usadas

F distancia focal del reflectorD diametro del reflector

Reflector con iluminadorprincipal


⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅≈

2

log10][λ

πη DdBig


Tecnologías usadas

Las antenas comunes de iluminación de platos parabolicos son:

• Antenas de bocina

• Antenas Dipolo (opcionalmente con plato reflector adicional)

• Arrays de dipolos Log. periodico

• Etc.La polarización del iluminador determina la polarización de la antena de reflector parabolico.

η (eficiencia de apertura) esta generalmente entre 50% y 55%D es el diametro del reflectorλ es la longitud de onda

La ganancia de las antenas parabolicas se pueden calcular por:


Ganancia típica y ancho de haz a 3dB (HPBW) de un reflector de 0.9 m de diametro con un iluminador log. periodico


Tecnologías usadas

Las antenas de reflector parabolico tienen muybajo HPBW→ por lo tanto requierenmuy alta precision en el posicionamiento


Capacidades:Vistazo a

productos de antenas


Capacidades: Antenas para comunicacionesRango de frecuencia cubierto d 1.5 MHz a 2 GHz

… para potencias de Tx hasta 1.5 kW… aun para condiciones de entorno mas duras


Capacidades: Antenas para aplicaciones de medida

Rango de frecuencia cubierto de 100 Hz a 26.5 GHz… para potencias de Tx hasta 10 KW… para uso en cámaras apantalladas así como exterior


Capacidades: Antenas para aplicaciones de monitorado

Rango de frecuencia de 10 kHz a 40 GHz… ganancias de antena hasta 50 dBi… para uso movil, semi-movil o fijo


Capacidades: Antenas para aplicaciones de radiogoniometría

Rango de frecuencia de 300 kHz a 3 GHz… para uso movil, semi-movil o fijo


Antenas de Comunicaciones personalizadas paraUHF y Link 16

Flexibilidad – Antenas en buques


Flexibilidad – Antenas en buques

R&S®AD033V3 Utilizable para diametros de mástil hasta 67 cm

Antena de comunicacion UHF R&S®AD033V3

• Dipolos dispuestos circularmente alrededorde una estructura de soporte central (mastil)

• Excelente comportamiento omnidireccional

• Diseñada respecto a RCS reducida

• Optimizada para desacoplo cuando se apilan dos antenas una sobre otra

• Si se neceitan antenas de este principio se puedenconstruir para mastiles de hasta 2m de diametro

• Diseñada para potencias TX de 600 Wcw

• Equipar a estructuras existentes en barcosposible facilmente


m

HL410A3HL410A3

30m

HL451 & RD130

HL451 & RD130HL451 & RD130

Bird's View

60°

appr. 80m

Sistema de antena de monitorado de HF adaptado al cliente para un monitorado muysensible (basado en componentes del sistema R&S®AK610 y R&S®AK451)

Flexibilidad – Sistema de monitorado de HF

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