radiación y radiocomunicación - personal.us.es · ¿cómo se podría excitar-radiar un campo...

162
[email protected] 2.1 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 2: Antenas Juan José Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla

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[email protected] 2.1

Radiación y Radiocomunicación

4º Ingeniería de Telecomunicación

Tema 2: Antenas

Juan José Murillo FuentesATSC. ETSI.Univ Sevilla

[email protected] 2.2

Indice2.1. Introducción2.2. Potencial vector de una antena: elemento de corriente 2.3. Parámetros de la antena2.4. Antenas lineales. El dipolo λ/2.2.5 Antenas en Recepción2.6 Impedancia de una antena2.7 Arrays lineales2.8 Antenas sobre el suelo2.9 Antenas prácticas2.10 Fórmula de Friis2.11 Apéndice: Emisiones Radioeléctricas

[email protected] 2.3

BibliografíaJordan, E.C.; Balmain, K.G. Electromagnetics Waves and Radiating Systems. Prentice-Hall, 1968A. Cardama Aznar, L. Cofre Roca, J. M. Rius Casals, J. Romeu Robert, S. Blanch Boris, Miguel Ferrando Bataller. Antenas. Edicions Universidat Politècnica de Catalunya.R.E. Collin. Antenas and radiowave propagation. McGraw-Hill international editions. Electrical engineering series.C.A. Balanis . Antenna theory: analysis and design. Thirdedition. John Wiley. 2005.J.D. Krauss, R.J. Marhefka. Antennas for all applications. Third Edition. McGraw Hill. 2002.

© Copyright 2005. Si utiliza este material para generar algún otro cítelo comoJ.J. Murillo-Fuentes. “Transparencias de la asignatura radiación y radiocomunicación.“ Universidad de Sevilla. 2005.

[email protected] 2.4

2.1 Introducción: Análisis Vectorial

ˆ ˆ ˆx y zx y z∂ ∂ ∂

∇ ≡ + +∂ ∂ ∂Operador ó vector Nabla

ˆ ˆ ˆx y zx y zϕ ϕ ϕ

ϕ∂ ∂ ∂

∇ = + +∂ ∂ ∂

grad φ φ∇ =

yx zDD DDx y z

∂∂ ∂∇ ⋅ = + +

∂ ∂ ∂

D div D∇ ⋅ =

...H∇× =

H rot H∇× =

Gradiente (grad φ): Caracteriza los cambios en un campo escalar.

Divergencia (div E): Caracteriza “cuánto diverge un campo.”

Rotacional (rot H): Caracteriza, “cuánto se rota un campo.”

[email protected] 2.5

2.1. Introducción: Ecuaciones de Maxwell: Elementos en juego

Campos eléctrico y magnético en una posición y un instante t

• El la práctica se trabaja Sólo con una componente frecuencial → Linealidad Ecuaciones Maxwell!Obviándose en la notación la dependencia temporal

Se trabaja con un fasor: amplitud × una exponencial con desfase

Así se denota el valor en un punto y para una frecuencia de

• Los campos eléctrico y magnético por• El flujo magnético y el desplazamiento eléctrico como

relacionados con los primeros por la permeabilidad magnética y la permitividadeléctrica

• Y la densidad de corriente y la densidad de carga por

relacionadas ambas por la ecuación de continuidad

r

HE ,ED ε=,HB μ=

( , ) Re ( )ej tr t E r ω=E

( , ) Re ( )ej tr t H r ω=H

ρ ,J

[email protected] 2.6

2.1. Introducción: Ecuaciones de Maxwell

HjE 0ωμ−=×∇JDH +=×∇

0=⋅∇ B

J ρ∇ ⋅ = −

ED 0ε=

HB 0μ=

JEjH +=×∇ 0ωε

BE −=×∇

ρ=⋅∇ D Están acopladas

¿Cómo se podría excitar-radiar un campo electromágnetico?

¿Podría dar lugar a transmisión de información?

Medio lineal,homogéneo,

isótropo

[email protected] 2.7

LA CLAVE

2.1. Introducción: Corriente en una Antena

• Por lo tanto, sólo necesitamos un medio, que sea capaz de portar una

corriente variante en el tiempo: LA ANTENA.

• Fuera de la Antena, el campo electromágnetico se puede propagar de

forma autónoma sin la fuente J, ¡ya que ambos campos están acoplados!

HjE 0ωμ−=×∇ JEjH +=×∇ 0ωε

0 ≠∂∂ Jt

0 ≠∂∂ It

0 2

2≠

∂ ρt

[email protected] 2.8

2.1 Resolución de las ecuaciones de MaxwellSe define el potencial vector

Se resuelven las ecuaciones de Maxwell:

Una vez resuelta puedo calcular los campos eléctrico y magnético a partir de la definición del potencial vector como

El problema es resolver la ecuación de ondas.

JAkA 020

2 μ−=+∇

AH ×∇=0

1μ 00μωε

ωj

AAjE ⋅∇∇+−=

BA =×∇

Sol: ecuación de ondasdonde 0 0 0

0

2kcω π

ω μ ελ

= = =

[email protected] 2.9

2.1. Cálculo de una antenaPrimero se resuelven las ecuaciones de Maxwell

• Se reduce a resolver la ecuación de onda para el potencial vector

• La distribución de intensidad define la antena!!

Luego se calculan • los campos eléctrico y magnético→ vector de Poynting

la potencia total radiada→ resistencia de radiaciónSe integra el vector de poynting en una superficie esféricaSe iguala el resultado a

la intensidad de radiación→ ganancia de la antenaSe normaliza el vector de PoyntingSe toma la dirección de máxima radiación

2 2A k A Jμ∇ + = − A B∇× =donde

*12

P E H= ℜ ×

2 /2I R

[email protected] 2.10

2.2. Potencial vector de un diferencial de volumenTambién dipolo elemental o dipolo HertzianoHay que resolver

L=dl

φ

θ

dS

ˆzJ z

rˆzA z

00

ˆ ˆ4

ez

V jk rz

J dVA A z e z

r

μ

π−= =

ez z

VJ dV J dV Idl= =∫

2 20 0A k A Jμ∇ + = −

Donde I es la amplitud de un tonoy un volumen elemental

x

y

z

Solución:

eV

[email protected] 2.11

2.2. Potencial vector de un elemento de corrienteSi entonces

• Y

Que tiene una solución de la formaIntegrando los términos de la ecuación

• en un volumen infinitesimal

• E igualando

J J z= ⋅ ˆzA A z=

zzz JAkA 020

2 μ−−=∇

0e jk r

zA Cr

−=

0

2 2 20 0 0

e sen lim 0jk r

z rV rk A dV k C r d d dr

rφ θθ θ φ

→− = − = =∫ ∫ ∫ ∫

0 0 0 0z zV l S l

J dV J dSdl Idl Idlμ μ μ μ− = − = − = −∫ ∫ ∫ ∫

22 20 0

20 00 0

0

ˆ ˆsen

(1 ) e sen lim 4

zz z z z

V S

jk rr

AA dV A dS A rr d d A rr

jk r C d d C

π π

π π

θ θ φ

φ θ θ π−

∂∇ = ∇ ⋅ = ∇ ⋅ = ∇ ⋅ = =

= − + = = −

∫ ∫ ∫ ∫

∫ ∫

004

4IdlC Idl C μ

π μπ

− = − ⇒ =

[email protected] 2.12

2.2. Potencial vector de una antenaPunto de partida: solución del elemento de corriente

1.- Pasamos a un elemento de corriente en otra posición y orientación• El campo creado por un diferencial de volumen

'rrR −=r

A

J

'r dV

Importante:• La dirección es la del vector • Se utiliza sistema de ejes no centrado

→Aparece

00

ˆ ˆ4

ez

V jk rz

J dVA A z e z

r

μ

π−= =

∫ 00 ( ')ˆ

4

jk RJ r e dVdA dAJR

μπ

−= =

J

R

x

y

z

[email protected] 2.13

2.2. Potencial vector de una antena2.- Para un antena cualquiera,

- se sitúa el sistema de coordenadas cerca de la antena (centro)- se integra para todo el volumen

'rrR −=r

A

J'r

dV

•¡¡Se integra un vector!!•A este mismo resultado se llega utilizando directamente la función de Green

Que se puede interpretar como una convolución.• Se trabaja con un tono

0( ')4

jk RJ r e dVdAR

μπ

−=

0( ')4

jk R

V

J r eA dVR

μπ

−= ∫

0 '( ', )( ', )

4 '

jk r r

V

J r t R c eA r t dV

r rμπ

−−=

−∫

J=Josen(ω0t)

[email protected] 2.14

2.2. Potencial vector de una antena3.- En campos lejanos la distancia R >> r’

Aproximamos:

'rrR −=

r

A

J'r

dV

Importante:•En el denominador importa la distancia

Se aproxima R ≈ r• En el numerador importa el desfase

Se aproxima

rr ˆ'⋅

rrrR ˆ'⋅−≈

0( ')4

jk R

V

J r eA dVR

μπ

= ∫ 0 0 ˆ'( ')4

jk r jk r r

V

A e J r e dVr

μπ

− ⋅= ∫

[email protected] 2.15

2.2. Campo eléctrico y magnético en un elemento de corriente

El campo magnético

• Como el potencial vector

• En coordenadas esféricas queda

• y,

00ˆ ˆ4

jk rz

IdlA A z e zr

μπ

−= =

ˆˆ ˆcos senz rθ θ θ= ⋅ − ⋅

00ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ(cos sen ) (cos sen )4

jk rz r

IdlA A r e r A r Ar θ

μθ θ θ θ θ θ θ

π−= ⋅ − ⋅ = ⋅ − ⋅ = +

( )

( ) ( )( )

2 20 0 0

0 0

0 0

ˆ ˆˆ sen1 1 senˆ

sen sensen

1 cos 1ˆ ˆ cos

1 1ˆ ˆ

r

r

z z z zz z

z z

r r rr rA AH A r

rr rA rA r A

rA sen A A AA sen rsen A senr r r r

A Arsen senr r r

θ

θ φ

θ θφθ

θ φ φμ θμ θ μ θ

θ

θ θφ φ θ θ θ θμ θ μ θ

φ θ φ θμ μ

∂ ∂= ∇× = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ = − =

∂ ∂

∂ ∂ ∂ ∂= − − = − − − + =

∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂

= − = −∂ ∂

0

1H Aμ

= ∇×

dependen de r y θ

0

[email protected] 2.16

2.2. Campo eléctrico y magnético en un dipolo elemental

El campo Magnético• De forma general se puede concluir que

• En nuestro caso

Para el campo Eléctrico

0 0

1 1ˆˆSi zz

AH A A A z senr

φ θμ μ

∂= ∇× = = = −

0 000

sen 1 ˆe ( )e4 4

jk r jk rz

Idl IdlH A jkr r r

μ θφ

π π− −= = = ⋅ +

0 0

0 0

0 0202 2

0 0

1 1 ˆˆcos ( )e sen ( )e2 4

jk r jk r

AE j Aj

j Idl jk j Idl jkr kk r r k r rr r

ωωε μ

η ηθ θ θ

π π− −

∇∇ ⋅= − + =

= + − ⋅ − + +

No depende de φ

[email protected] 2.17

2.2. Campo eléctrico y magnético en un dipolo elemental: campos lejanos

Para campos lejanos

• El campo Magnético queda

• El campo eléctrico

Donde

Es la impedancia característica del medio

0

0

0

0

sen 1 ˆ( )e4

ˆ ˆsen e4

jk r

jk r

IdlH jkr r

k Idlj Hr φ

θφ

π

θ φ φπ

= ⋅ +

≈ ⋅ =

( )0

0

0 0 0202 2

0

0

1 1 ˆˆe 2 cos ( ) sen ( )4

ˆ ˆ ˆsen e4

jk r

jk r

j Idl jk jkE r kk r r rr r

k Idlj E Hr θ φ

ηθ θ θ

π

η θ θ θ η θπ

= + − − + +

≈ = =

21 1/ 1/r r>> >>

00

0120 377μ

η πε

= = ≈ Ω

[email protected] 2.18

2.2 Vector de Poynting de un elemento de corrienteEl vector de poynting promedio

• En la práctica E y H son ortogonales

Nótese que aparece 1/2 porque E y H son la amplitud de un tono

• Para el elemento de corriente

y,

*1 Re2

P E H= ×

2*1 1 1Re2 2 2

P E H E H r E rη

= × = ⋅ ⋅ = ⋅

00 sen e4

jk rk IdlE Hrθ φη η θ

π−= =

( )220 02 2

2 20

1 ˆ ˆsen2 32

k IdlP E r rr

ηθ

η π= =

Esta es la densidad de flujo de potencia y estará en W/m2 !!

[email protected] 2.19

2.2 Campos cercanosEn el desarrollo

• se han despreciado los campos “cercanos”• es habitual si queremos estudiar la potencia recibida a gran distancia

Campos cercanos en un dipolo hertziano

En campos lejanos• Conocido el campo eléctrico (o magnético)

Se conoce la potencia radiada

En campos cercanos• Hace falta medir ambos campos

Para conocer la potencia radiada• Importante en medidas de niveles de

emisión

Se toma como límite práctico entre zonas 3d λ=

[email protected] 2.20

2.3 Parámetros de una antenaEl paso inicial en la resolución de una antena es el cálculo

• Del Potencial vectorDonde la distribución de corriente es fundamental

• De los Campos eléctrico y magnético• Del Vector de Poynting o densidad de flujo de potencia

Parámetros, a partir del vector de Poynting:la potencia total radiada→ resistencia de radiación

Se integra el vector de poynting en una esferaSe iguala el resultado a

la intensidad de radiación→ ganancia de la antenaSe normaliza el vector de PoyntingSe toma la dirección de máxima radiaciónSe definirán y se calcularán para

» Dipolo elemental» Antena isótropa

2 /2I R

[email protected] 2.21

2.3 Parámetros de una antena: Potencia radiada La potencia radiada

• Es un paso intermedio para el cálculo de la resistencia de radiación

Se define como

Para el elemento de corriente

Nota: si no hay pérdidas,• la potencia con la que se alimenta la antena es la potencia radiada

2 2

0 02 2

0 0

ˆ ˆ ˆSi sen

sen

tS

t

p P dS P P r P r rr d d

p P r d d

π π

π π

θ θ φ

θ θ φ

= ⋅ = = = ⋅ ⇒

=

∫ ∫ ∫

∫ ∫

( ) ( ) ( )2 2 22 2 22 0 0 0 0 0 02 2 32 2 20 0 0

sen sen 2 sen1232 32t

k Idl k Idl k Idlp r d d dr

π π πη η ηθ θ θ φ π θ θ

ππ π= = =∫ ∫ ∫

( ) ( )22

0 0 2 22 2 2

3ˆ ˆsen sen232 4

tk Idl pP r rr r

ηθ θ

π π= =

[email protected] 2.22

2.3 Parámetros de una antena: Resistencia de Radiación

La resistencia de radiación • Se obtiene por símil eléctrico,• Igualando la potencia radiada a

La resistencia de radiación es aquella que cumple

En el caso de un elemento de corriente

• Se suele expresar en función de las dimensiones de la antena en relación a la longitud de onda !!

• Esta resistencia es ideal y muy pequeñaNecesitaríamos una I muy alta para radiar

2 /2I R

212t ap R I=

( ) ( ) ( )22 222 2 2

0 0 0 02 22(120 ) 2 /1 2 802 12 12 12t a a

dlk Idl k dl dlp I R R π π λη ηπ

π π π λ⇒= = = = =

[email protected] 2.23

2.3 Parámetros de una antena: Intensidad de Radiación

A la hora de dar una característica de cómo radia una antena en el espacio

• El vector de poynting es ciertamente engorroso

Se busca “normalizarlo”, dividiéndolo por • la distancia cuadrado: Intensidad de radiación

Desaparece la dependencia con la distancia

• la potencia radiada: Ganancia directiva

Desaparece la dependencia con la intensidad o potencia

2( , )u P rθ φ = ⋅

( ) ( )2

2( , )

4 4t t

P r Pdp p r

θ φπ π⋅

= =

[email protected] 2.24

2.3 Intensidad de RadiaciónLa definición de intensidad de radiación más general es

En el caso de una antena isótropa

Para un elemento de corriente

22ˆ ˆ sen( , )

sen sent

P dSdp P r rr d du P rd d d d d

θ θ φθ φ

θ θ φ θ θ φ

⋅ ⋅= = = = ⋅

Ω

22 ˆ ( , )

44t t

isótropa isótropaisótropa

p pP r u u P rr

θ φππ

⇒= = = ⋅ =

( )2 23( , ) sen2 4

tpu P rθ φ θπ

= ⋅ =

[email protected] 2.25

2.3 Ganancia directiva y directividadSe define la ganancia directiva (ó función de directividad) como

• Esto permite escribir

• En el caso de una antena isótropa

• Para el dipolo elemental

La directividad es • Para la antena isótropa

• Para el dipolo elemental

( ) ( ) ( )2

2

( , ) ( , )( , )4 4 4isotropa isotropat t t

u u P r P Pdu Pp p p r

θ φ θ φθ φ

π π π⋅

= = = = =

2( , )

4tp dP

rθ φ

π⋅

< >=

( , ) 1isótropad dθ φ = =

( )2( , ) ( , ) 3( , ) sen

24isotropa t

u udu p

θ φ θ φθ φ θ

π= = =

,max ( , ) en dB dB iód dθ φ

θ φ=

3 ó 1.76dB2

d D= =

1 ó 0 dBd D= =

[email protected] 2.26

2.3 Potencia radiada en un hazEjercicio: demuestre que

Solución: supongamos que tenemos un determinado haz• Y queremos determinar la potencia que se está radiando en él• Como

• La potencia será la integral del vector de Poynting a lo largo del haz

• Y a su vez como Queda:

Si se integra para toda la superficie esférica,….

2( , ) tdpu P rd

θ φ = = ⋅Ω

( , )haz tp dp u dφ θ φ θ

θ φ= = Ω∫ ∫ ∫ ∫( )( , ) ( , )/ 4td u pθ φ θ φ π=

( )( , ) 4 ( , ) sen4

thaz t

pp d p d d d dφ θ φ θ

θ φ π θ φ θ θ φπ

= Ω =∫ ∫ ∫ ∫

2

0 0( , ) sen 4d d d

π πθ φ θ θ φ π=∫ ∫

[email protected] 2.27

2.3 Patrón de radiaciónEl patrón de radiación viene dado por la ganancia directiva

• Puede representarse de diversas formas

Elemento deCorriente

AntenaIsótropa

Corte VerticalCorte HorizontalPatrón 3D

x

y

1

y

1

x

z

x

z

1

1.5y

x

z

1.5x

y Plano H

x

z

1.5

Plano E

[email protected] 2.28

2.3 Ganancia de la antenaEn el modelo más completo:

Hay que considerar pérdidas• por desadaptación

• y disipativas

• La potencia que se radia

La ganancia de la antena es

• O simplemente su máximo

21dη = − Γ 0

0donde a

a

Z ZZ Z

−Γ =

+

ap

a p

RR R

η =+

' ' 1 't p d t a t a tp p p l pη η η= ⋅ = ⋅ = ⋅

( ) ( )( , ) ( , )( , ) 1 1 ( , )' 4 4

a at t

u ug l l dp pθ φ θ φ

θ φ θ φπ π

= = =

Z0

V

R0 X0Ra

Xa

Za

Rp

tp

( )2' 1tp − Γ'tp

[email protected] 2.29

2.3 PIRE

La radiación de una antena viene caracterizada por• La potencia que radia• Cuánto concentra en el espacio dicha potencia o ganancia

Por ello se define la Potencia Isótropa Radiada Equivalente1

Y

Para el elemento de corriente, en dB’s,

' ( ) (1/ ')t a a t tpire g p l g l p d p= ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

(dB) 't tPIRE P G P D= + = +

1.76tPIRE P= +

dpt’ pt pire

1 EIRP: Equivalent Isotropic Radiated Power

[email protected] 2.30

2.3 Ancho de haz y otros parámetrosAncho de Haz de 3dB

• Distancia en grados o radianes entre puntos a 3 dB del máximo

Otros parámetros: • Respuesta en frecuencia, polarización, ganancia delante-atrás, longitud

y área efectiva,...• peso, dimensiones, tipos de conectores, resistencia al viento,...

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

Anc

ho d

e ha

z

[email protected] 2.31

2.3 ResumenEn relación a la potencia

• El parámetro utilizado es la resistencia de radiación• Permite conocer la intensidad de alimentación para una potencia dada

En relación al diagrama de radiación• Se normaliza el vector de poynting

Distancia: intensidad de radiaciónPotencia: ganancia directiva

El máximo es la directividad• Si se tienen en cuenta las pérdidas

Ganancia de la antena

Se ha definido la PIRE• Permite dar una medida de la potencia máxima radiada en una

dirección

Se utilizarán para calcular la potencia en recepción

[email protected] 2.32

2.4. Antenas lineales: Objetivos

Aplicar las ecuaciones de Maxwell para diseñar y resolver una antena real• Antenas lineales• Dipolos

Aplicar estos conocimientos a la antena lineal dipolo λ/2 • Calcular los parámetros más importantes de esta antena

Estudiar otras antenas lineales

[email protected] 2.33

2.4 Antenas LinealesAntenas lineales: formadas por hilos conductores eléctricamente delgados

• Diámetros << λ• Se modelan como un conductor de sección infinitesimal

Ejemplos

Usos: Radiodifusión, HF,…

I

r0IL

I

I

Dipolo

Cuadro Helicoidal Hilos

[email protected] 2.34

2.4 Antenas Lineales. Potencial Vector4.- Para un antena lineal,

r

A

J'r dV

dVerJer

AV

rrjkrjk ∫ ⋅−= ˆ'00 )'(4πμ dlrJerIe

rA

l

rrjkrjk )'(ˆ)'(4

ˆ'00 ∫ ⋅−=πμ

)'(ˆ)'()'( rJrIdSrJdSdldV

=

=

Donde se ha utilizado

[email protected] 2.35

Línea de transmisión

V

Distribución de corriente

V Radiación

Antena dipolo

Cancelación Mutua

2.4 Antenas lineales: dipolos

¿Cómo será?

[email protected] 2.36

2.4 Antenas lineales: tipos de dipolosEn general la intensidad de un dipolo es

• Si L=λ/2

• Si L<< λ

Si I es idealmente constante

IL=λ/2

IL<<λ

I

L

0( ) sin 2 2oL LI z I k z z⎡ ⎤⎛ ⎞= − <⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

( )0( ) cos 2oLI z I k z z= <

Dipolo λ/2

0( ) 2 2oL LI z I k z z⎛ ⎞≈ − <⎜ ⎟

⎝ ⎠

Dipolo corto

Dipolo Ideal

[email protected] 2.37

2.4 Antenas lineales: Dipolos: potencial vector5.- Para un dipolo,

0 cos ˆ( )4

jk zjkr

l

A e I z e dz zr

θμπ

−= ⋅∫0 0 ˆ' ˆ( ') ( ')4

jk r jk r r

l

A e I r e J r dlr

μπ

− ⋅= ∫

dzdlzrr

zrJ

zIrI

==⋅=

=

)cos(ˆ'ˆ)'(ˆ

)()'(

θ

rA

)'(rI

'rdl

Donde se ha utilizado

θ 0( ) sin 2 2oL LI z I k z z⎡ ⎤⎛ ⎞= − <⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

Importante, Simetría rotación eje z:Antenas “omnidireccionales”

[email protected] 2.38

2.4 Dipolo λ/2: potencial vector

0 0

/4cos

0- /4

ˆcos( )4

jk r jk zoA e I k z e dz z

r

λθ

λ

μπ

− += ⋅∫

I(z)=Iocos(k0z)

r’=z

L=λ/

2

2a

y

x

z

θ( )

002

0

cos cos2 z

2o jk rIA e

rk sen

πθμ

π θ−= ⋅

6.- Para un dipolo λ/20 0 cos ˆ( )

4jk r jk z

l

A e I z e dz zr

θμπ

−= ⋅∫

Queda calcular:

PHE ,y aT RP ,

ddu ),,(),,( φθφθ

no depende de φ

[email protected] 2.39

2.4 Vector de Radiación de un dipolo λ/2

( )( )

0

0 0

0 0

/ 4 cos0

/ 4

0 / 4cos cos0 0

/ 4 0

/ 4 / 4cos cos0 0

0 0

/ 40 0

0

ˆ cos( )

ˆ cos( ) cos( )

ˆ cos( ) cos( )

ˆ 2 cos( )cos( cos ) cos( ) cos( ) 2 cos

jk zo

jk z jk zo

jk z jk zo

o

N zI k z e dz

zI k z e dz k z e dz

zI k z e dz k z e dz

uzI k z k z dz u v

λ θλ

λθ θλ

λ λθ θ

λθ

=

= + =

= + =

+= = + =

∫ ∫

∫ ∫

( ) ( )

( ) ( )

( )

/ 40 0

0

0 0

20

20

cos2 2

ˆ cos( (1 cos )) cos( (1 cos ))

(1 cos ) (1 cos )2 2(1 cos ) (1 cos )

(1 cos ) (1 cos ) (1 cos ) (1 cos )2 2

cos cos22

o

o

v u v

zI k z k z dz

sen sen

k k

sen sen

k sen

N z Ik sen

λθ θ

π πθ θ

θ θπ π

θ θ θ θ

θπ

θ

θ

−=

= + + − =

+ −= + =

+ −

− + + + −=

=

[email protected] 2.40

2.4 Dipolo λ/2: vector de Poynting

002

0

cos cos2 z

2jk roIA e

r k sen

π θμπ θ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= ⋅

0

cos cos2ˆ ˆ1 1/

2jk roIH H r j e

r senφ

π θφ φ

π θ−

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= ⋅ = >> = ⋅

0ˆ ˆE E Hθ φθ θ η= ⋅ = ⋅

22

2* 02 2 2

0

cos cos1 1 2ˆ ˆ ˆ2 2 8

oIP E H r E r rr senθ φ θ

π θη

η π θ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= ⋅ = ⋅ = ⋅

Campos electromagnéticos

Vector de Poynting

rA

senAH z∂∂

−=×∇= θμ

φμ 00

1ˆ1

Potencial Vector

[email protected] 2.41

2.4 Dipolo λ/2: potencia radiada2

2* 2 0

2 2 2

cos ( cos )1 1 2ˆ ˆ ˆ2 2 8

oIP E H r E r rr senθθ φ

π θηη π θ

= ⋅ = =

222 2 20

2 2 20 0

cos ( cos )2 sen 36.6

8o

t S

Ip P dS r d d Ir sen

π π

π θη θ θ φπ θ

= ⋅ = =∫ ∫ ∫

2 21 36.6 2 36.6 73.22t o a o ap I R I R= = ⇒ = ⋅ = Ω

Potencia total radiada

Resistencia de Radiación

Vector de Poynting

[email protected] 2.42

2.4 Dipolo λ/2: Ganancia y PRA2

2* 2

2 2 20

cos ( cos )1 1 2ˆ ˆ ˆ2 2 8

oIP E H r E r rr senθθ φ

π θηη π θ

= ⋅ = =

Intensidad de radiación

Ganancia Directiva

Vector de Poynting

22

2 02 2

cos ( cos )2( , )

8oIu P r

sen

π θηθ φπ θ

Δ

= ⋅ =

2 20

2 2

cos ( cos ) cos ( cos )( , ) 2 2( , ) 1.644 36.6 2 sen sent

udp

π πη θ θθ φθ φπ π θ θ

Δ⎛ ⎞⎜ ⎟

= = = ⎜ ⎟⋅ ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠

0dBddB15.264.1),(max,

=====Δ

φθφθ

ddgGanancia y Directividad

PRA, potencia radiada aparente PRA = PIRE - 2.15=Pt’+G(dBd)

[email protected] 2.43

2.4 Dipolo λ/2: Diagrama de radiación

z

1.64

y

x

Plano horizontal

Plano vertical

z

x

1.64Plano Hy

1

1.64

x

z Plano E1

dipolo

Ancho de Haz 3dB=78º

[email protected] 2.44

2.4 Otras antenas lineales: Otros dipolosPara una longitud cualquiera L (intensidad sinusoidal) es fácil demostrar que

Los diagramas resultantes son diversos, pero siempre omnidireccionales

200

2

2

sen2

coscos2

cos

8),(

⎟⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜⎜

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

θ

πηφθ

LkLkIu

L=λ/2 L=2λL=λ L=3λ/2

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

3300

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

3300

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

90 0.2

0.4 0.6

0.8 1

270

300

330 0

240

210 180 150

120

60

30

Diagramas de radiación polares normalizados

[email protected] 2.45

2.4 Otras antenas lineales: Otros dipolosSi se calcula la impedancia del dipolo para

• Distintas longitudes• Distintos grosores

La resonancia se obtiene para 0.46λ-0.48λ

• Estas son longitudes prácticas

Resistencia

Reactancia

[email protected] 2.46

2.4 Otras antenas linealesCalcule los parámetros de las siguientes antenas

• Espira de corriente Potencia radiada

Donde M es el “par”Resistencia de radiación

Para N vueltas

• Dipolo corto

IL<<λ

2

2)( LzzLkIzI o <⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −≈

Ir0

00 IIr ≈⇒<< λ

02 2

12tM k

π=

2oM r Iπ=

46320 o

arR πλ

⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠4

6 2320 oa

rR Nπλ

⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠

Se puede aproximar por un elemento de corriente de intensidad I/2 ( )

2220a

LR πλ

=

¿Y la ganancia?

[email protected] 2.47

2.4 Otras Antenas Lineales: Radiodifusión

Valen

cina.

Sevil

la

[email protected] 2.48

2.4 Otras Antenas Lineales: Radiodifusión

[email protected] 2.50

2.4 Otras Antenas Lineales: VLF, LF, HF

[email protected] 2.51

2.4 ResumenEl flujo de corriente es determinante

• En estas antenas la distribución espacial es lineal• Las dimensiones eléctricas de las mismas importa

Existe una gran variedad de antenas lineales• Con multitud de aplicaciones

A partir de una línea de transmisión se obtiene un dipolo• Son omnidireccionales• El dipolo λ/2 es de interés por

Su diagrama de radiaciónPor estar cerca de resonanciaPor ser utilizado en Sistemas de Difusión: PRA y dBd

[email protected] 2.52

2.5 Antenas recepción: impedanciaEl canal radio puede sustituirse por una red de dos puertas

Rx

Zg

I1 I2

Vg V1 ZLV2

Tx

1 1 11 2 12

2 1 21 2 22

V I Z I Z

V I Z I Z

= +

= +

[email protected] 2.53

2.5 Antenas recepción: impedanciaPor la reprocidad de las ecuaciones de Maxwell

• Las transimpedancias son iguales

En transmisión

Zg

Vg V1

I1

ZLV2

I2

Z11- Z12

Z12

Z22- Z12

12 21Z Z=

21 1 11 2 12 12

1 11 111 1 22 12 11

Si antenas alejadas

T

L

V I Z I Z ZZ Z ZI I Z Z Z Z

⎧ ⎫⎪ ⎪+ ⎪ ⎪= = = − = ≈⎨ ⎬⎪ ⎪+ <<⎪ ⎪⎩ ⎭

2 12

1 22

0

L

V

I zI z z

∑ = ⇒

= −+

[email protected] 2.54

2.5 Antenas recepción: impedanciaEn recepción,

• Con equivalente Thevening

VgV2

Zg

I2

ZL V1

I1

Z11- Z12

Z12

Z22- Z12

Veq

Zeq

ZL

2121

11 1122 12 11

Si antenas alejadas

R eq ag

ZZ Z Z Z RZ Z Z Z

⎧ ⎫⎪ ⎪⎪ ⎪= = − = = =⎨ ⎬⎪ ⎪+ <<⎪ ⎪⎩ ⎭

1RZ

[email protected] 2.55

2.5 Antenas recepción: Diagrama de RadiaciónDiagrama en Transmisión

I

Vcar

Antena

Antena de Prueba

φθ ,),(12 φθZ

2 1 21 2 22 21 12( , ) ( , ) /caV I Z I Z Z Z V Iθ φ θ φ= + = =⇒2

1

0I

I I

=

=

[email protected] 2.56

2.5 Antenas recepción: Diagrama de RadiaciónDiagrama en Recepción

Se puede analizar en potencias

Vca

I

Antena

rAntena de Prueba

),(12 φθZ

Igual que en Transmisión!!

1 1 11 2 12 21 12( , ) ( , ) /caV I Z I Z Z Z V Iθ φ θ φ= + = =⇒2

1 0

I I

I

=

=

[email protected] 2.57

2.5 Longitud efectivaLongitud efectiva en Tx:

• La longitud de un dipolo ideal equivalente

Longitud efectiva en Rx: • Dado el campo en recepción E, la que hace

/2

/2

1 ( )(0)

l

efl

l I z dzI

= ∫

l

I(z)

I(0)

lef

I(z)=I(0)

ca efV l E= −

[email protected] 2.58

2.5 PolarizaciónEl campo (lejano) eléctrico para cualquier antena se puede escribir

Dando lugar a

ˆ ˆ ˆ ˆejE E E E kE αθ φ θ θθ φ θ φ= + = +

θE

φE

θE

r

θE

θE

Lineal (vertical): Circular Elipsoidal 0Eφ = 1k =/2α π=

[email protected] 2.59

2.5 PolarizaciónFriis: Es necesario orientar la antena de forma adecuada!!

• Para que el campo eléctrico recorra el conductor Dando lugar a la máxima tensión¿Cuánto vale la Vca atendiendo a la orientación de un dipolo en Rx?

• La potencia recibida depende de la orientación del dipolo

Vca Vca

θE θE0Eφ = 0Eφ =

21/ cosd dlη α= =

0ºα =

90ºα =

[email protected] 2.60

2.5 Área efectivaSi la densidad de potencia transmitida es

• La idea es escribir la potencia recibida como

• Para calcular esta área se recurre a un esquema con dos antenasPor reprocidad

1 1 12' ( , )

4tpP gr

θ φπ

< >=

2 2 2( , )dr efp P A θ φ=< >

Tx Rx

22,φθ11,φθ

1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 12 2' '( , ) ( , ) ( , ) ( , )

4 4t t

ef efp pg A g A

r rθ φ θ φ θ φ θ φ

π π=

1 1 1 2 2 2

1 1 1 2 2 2

( , ) ( , )( , ) ( , )ef ef

g gA A

θ φ θ φθ φ θ φ

=

22 1

1

( , )( , )ef efgA A

gθ φ

θ φ =

1 1¿ , para una antena?efg A

[email protected] 2.61

2.5 Área efectivaPara cualquier antena

Para un elemento de corriente

• Igualando

El área efectiva para cualquier antena

• Se podía haber definido en función de la directividad

Además:

( )2 2 22 2 2 2

2'4 4 4 320

efcar

a a a

E lV E dl EpR R R

λπ

= = = =

2'r ef ef

Ep P A Aη

=< > =

232 4efA λ

π=

2

2( , ) ( , )4efA g λ

θ φ θ φπ

=

Fórmula de Friis

( )2

( , ) ' ( , ) ( , )4rdr ef r r t t t t r r rp P A p g g

θ φ θ φ θ φπ

=< > =

E: Valor efectivo

[email protected] 2.62

2.6 Impedancia de una antenaLa impedancia de la antena

• Es esencial para conocer su RESPUESTA EN FRECUENCIA

Responde a la expresión general• donde• y X no es fácil de calcular

Impedancia de un dipolo λ/2,• Se comporta como un circuito RLC serie

Donde• Reescribiendo la impedancia

• con

Z R jX= +

a pR R R= +

( )11a ar

Z R j LC

δωρ ωω ω

⎛ ⎞⎟⎜= + + −⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠

( )11 1 2a a

a a r a a r

Z R Lj j QR R R CR

δω ω δωρ ρω ω ω

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= + + − = + +⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠

1 /2r rL

a r a L

L fQ Q Q BWR CR Qω

ω= = = =⇒ ⇒

, y 1/r r LCω ω δω ω= + =

[email protected] 2.63

Nota: cálculo de la impedancia de un dipolo

( )r r

a a a r a r

LL L LQ Q Q QR R R R

ω δωω δω δω ω δωω ω

+= = + = + = +

21 1 1

( )a r a r a rr aQ Q

CR CR CR CRδω δω

ω ω δω ω ωω= = − = −

+

( )1 2a

a r

Z j QR

δωρ

ω= + +

11a a

a a r a a

Z R LjR R R CR

δω ωρω ω

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= + + −⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠

[email protected] 2.64

2.6 Cálculo aproximado de la impedancia de una antena

Se verá como calcular el caso (valores La,Ca) en el que l=λ/2• El resultado es extrapolable a otra longitud• Se parte de la antena bicónica

r2θ1

a

l=λ/2

I

V

I

10 1

2120 ln cot 1 120 ln2r

V rZ cteI a

θθ

∀= = = = << =

[email protected] 2.65

2.6 Cálculo aproximado de la impedancia de una antena

Para una antena bicónica• Donde

• Y L,R,C son valores por unidad de longitud• Los valores La, Ra y Ca son los valores para una longitud determinada

En el caso particular de una l=λr/2,• El factor de calidad queda

• Como

Con lo que se obtienen los valores Ra, La y Ca.• Para un dipolo de longitud l y sección de radio a,

El valor promedio es

• Resumiendo:

0 02r r

r

L Z ZQR Rv Rω ω π

λ= = =

01;LZ v

C LC= =

01/ 21/

r a

a r

L l ZR l Rω π

λ×

= =×

/2 82 8

r ain a

r

R l R RR R Rλλ

⋅= = = ⇒ =

0 14r a

r a

ZLC

πω

ω= =

0 120(ln 1)lZa

= −

dados , ,r a a aR L Cω ⇒

[email protected] 2.66

2.7 Arrays: arrays linealesArrays:

• ¿Qué pasa si mi antena es un conjunto de antenas?• Se habla de “sistema radiante”• Con un diseño cuidadoso

se consiguen el patrón de radiación deseado

Arrays lineales• Formado por un conjunto de antenas dispuestas en línea• Ejemplo:

Dos antenas omnidireccionales2 dipolos λ/2

• Estudiamos el patrón en un planoEn términos de campo

Antena 1

Antena 0

I1=kIejα

I0=I

d

r1

r0

[email protected] 2.67

2.7 Arrays : ejemplos

DWA-552 > Xtreme N DesktopAdapter Linksys WAP51AB Access Point

[email protected] 2.68

2.7 Arrays : ejemplos, diagramas de Radiación

1 dipole 2 dipole

4 dipole8 dipole

[email protected] 2.69

2.7 Arrays lineales: 2 antenas omnidireccionalesEstudiamos, para un array lineal de 2 antenas,

• el patrón horizontal • para antenas omnidireccionales

• Por linealidad, el campo resultante es la suma de los campos

donde uno está desfasado respecto al otroPor el desfase entre las intensidadesPor la diferencia de recorridos: punto clave de los arrays

0 1 0(1 e )jE E E E k ψ= + = +

( )0 0cos2 cos 2 cos ( ), 1

2 2dE E E g kψ π φ α

φλ

= = + = =

0 1 cosr r d φ− =

0 cosk d φΔ =0 cosk dψ φ α= +

Antena 1Antena 0d

φ

r1r0

dcos φ

α

Vista

supe

rior

I1=kI0ejα

[email protected] 2.70

2.7 Arrays lineales: 2 antenas omnidireccionalesResultados para distintas distancias y alimentaciones (k=1)

d=λ/2, α=0; d=λ/2, α=π d= λ/4, α=-π /2 d=λ, α=0.

[email protected] 2.71

2.7 Arrays lineales: 2 antenas Si no son omnidireccionales,

• Cada antena tiene un patrón normalizado f(φ)

• El campo es el resultado de la Multiplicación de Patrones

Antena 1Antena 0 d

φ

r1r0

( )0 0cos2 ( )cos 2 ( )cos ( ) ( )

2 2dE E f E f f gψ π φ α

φ φ φ φλ

= = + = ⋅

f(φ)

[email protected] 2.72

2.7 Arrays lineales uniformesPara N antenas en línea

• El desfase entre dos antenas

• El campo total

• Que resulta

j j2 j(N-1)0 1 e e ... eE E ψ ψ ψ= + + + +

jN

j0

sen1 e 2( )1 e sen

2

NE fE

ψ

ψ

ψ

ψ ψ−

= = =−

coskdψ α φ= +

d

dcosφdcosφ

dcosφ

d

00 cos

k dα

ψ φ−

= ⇒ =Máximo de valor N

Ceros,

Máximos secundarios

2 nN

ψ π= ±

2 1mN

ψ π+

= ±

[email protected] 2.73

2.7 Arrays lineales uniformes: BroadsideBroadside

• Hacemos

Luego el máximo está en ±π/2

• El ancho entre nulos es, dado que el 1er nulo

• Ej, N=5 elementos,

01cos( ) 2 ,k dN

ψ α φ π= + = ±

00 cos 0 /2

k dα

α φ φ π−

= = = ⇒ = ±⇒

01cos( ) 2

22 cos( )

k dN

dN

φ π

λφ φ

⇒ =

⇒ Δ ≈ ⋅ =

[email protected] 2.74

2.7 Arrays lineales uniformes: EndfireEndfire

• Hacemos

Luego el máximo está en 0

El ancho entre nulos es

• Ej, N=5 elementos,

00

2 cos 1 0dk dk dα

α π φ φλ

−= − = − = = ⇒ =⇒

2dNλ

φΔ =

[email protected] 2.75

2.7 Arrays: multiplicación de patrones

El método de multiplicación de patrones• se utiliza para calcular

en un planoel patrón resultante de dos antenas con igual patrón de radiación

Se basa en que el patrón resultante de dos antenas con patrón de radiación f(φ): patrón unitariocuyo patrón conjunto si fuesen omnidireccionales es g(φ): patrón de grupo

• resulta

• Esto es, el par de antenas se sustituye por una nueva antenasituada en el punto mediocon patrón el producto de ambos patrones, unitario y de grupo

Permite resolver el patrón de una gran agrupación o array• Tomando las antenas de dos en dos

( )0 0cos2 ( )cos 2 ( )cos ( ) ( )

2 2dE E f E f f gψ π φ α

φ φ φ φλ

= = + = ⋅

[email protected] 2.76

Ejemplo

• Primer paso: Agrupo en 2 pares de 2. El patrón resultante es conocidoSitúo en el punto medio de cada par el patrón resultante

• Segundo paso:Multiplicación de patrones:

2.7 Arrays: multiplicación de patrones

d=λ/2

Patrón unitario Patrón de Grupo

X =

d=λ

Antenas omnidireccionalesα=0

[email protected] 2.77

2.8 Antenas sobre el sueloUn conductor perfecto

• hace las veces de reflector

• Teoría de las imágenes,se sustituye el plano conductor por una antena igual con intensidad:

Conductor

E=0

Conductor

I

Ii

E

Ei

[email protected] 2.78

2.8 Monopolo sobre el sueloEs esquema sería

• Se sustituye el plano conductor por una antena igual El resultado es un dipolo:

Pero que sólo radia por encima del conductor:

Si le doy la misma intensidad, la tensión es la mitad

Si le entrego la misma potencia, por encima del plano conductor el <P> es el doble

Ii

I h

I L=2h

1 12 2t t a adip dipp p R R= =⇒

( , ) 2 ( , ) dipd dθ φ θ φ=

[email protected] 2.79

2.8 Dipolo horizontal sobre el sueloEl esquema es el siguiente

• Y se puede resolverse por multiplicación de patrones

• El cálculo de la impedancia no es inmediato

I

I

λ/2λ/2 x x

Patrón unitarioPatrón de Grupo

X =

d=λ, α=π

[email protected] 2.80

2.8 Tierra planaEl esquema es el siguiente

• El campo es la suma de los campos

donde R es el coeficiente de reflexión

Y el desfase

• Calculamos, para

• En potencias

Rayo Directo, R1

Rayo Reflejado, RR

Eh2

r

h1

ψψ

( )( )0 0 1 e j

RE E E E R β− +Δ= + = +jR R e β−=

1 24 h hr

πλ⋅ ⋅

Δ =

( )1 2 1 22 42(1 cos ) 2 sin( /2) 2 sino

E h h h hE r r

π πλ λ

= − Δ = Δ = ≈

1 1jR e π−= ⋅ = −

1 2,h h r<<2 2 21 2

2 20

16r

r

p h hp r

πλ

=

0/ 1 e jE E R − Δ⇒ = −

[email protected] 2.81

Nota: cálculo aproximado del desfase

( )( )

( )

( )

2 22 1 2 1 2 1

2 2 21 1 2 1 22 2

2 1 2 1 1 2 2 12 2 22 1 2

1 2

( ) 442( )

2

R R R R R R

R r h h h hR R R R R h h R R RrR r h h

R R r

⎧ ⎫− = + −⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪= + −⎪ ⎪⎪ ⎪Δ = − = − = Δ = − =⎨ ⎬⎪ ⎪= + +⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪+ ≈⎪ ⎪⎪ ⎪⎩ ⎭

1 20

2 4 R h hk Rr

π πλ λΔ

Δ = Δ = =

r

R1

R2 ψh1

h2 h2

h2

h1-h2

[email protected] 2.82

2.8 Antenas sobre el suelo: EjemplosReflectores

[email protected] 2.83

2.8 Antenas sobre el suelo: EjemplosMonopolo sobre suelo,

Suelo

Djo: Televés

[email protected] 2.84

2.8 Antenas sobre el suelo: EjemplosAntena Discono (Bicónica + suelo)

[email protected] 2.85

2.9 Antenas PrácticasBaluns: BALanced UNbalanced

• Si conectamos una linea coaxial a un dipolo las intensidades no son iguales

• Solución: BALUN

I1’=I2- I3

I1I1

I2

I3

A

B

I1

I2

I3

Za

ZT

A

I1

I1

I2

I3

λ/4

[email protected] 2.86

2.9 Dipolo dobleEl dipolo doble • se comporta como un par de dipolos

Se dobla campoSe cuatriplica la resistencia de radiación ≈ 300Ω

λ/2 I(z)

Esquema Intensidades Ejemplo

[email protected] 2.87

2.9 Antena Yagi-UdaEstructura

Ejemplo

0.15λ

di

li

reflector

directores

Lóbulo principalalimentación

[email protected] 2.88

2.9 Antena Yagi-UdaDiagrama de radiación, 3 elementos,

Director

0.56192

1.1238

1.6858

2.2477

2.8096

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Alimentación

Reflector

Patrón Vertical

[email protected] 2.89

2.9 Antena Yagi-UdaElementos directores

• Número entre 1 y 20• Ganancias entre 5 y 20 dB

Uso en FM y TV:

Elementos de la antena Yagi-Uda en bandas de frecuencia VHF y UHF

10-12 elementos470MHz-890MHzTVUHF

5-6 elementos174MHz-216MHzTV (High)

3 elementos54MHz-88MHzTV (Baja)

3 elementos88MHz-108MHzFM-Radio

VHF

[email protected] 2.90

2.9 Antena Yagi-Uda: Televés, Banda I Monocanal,

[email protected] 2.91

2.9 Antena Yagi-Uda: Banda IV (UHF), Multicanal

[email protected] 2.92

2.9 Antena Yagi-Uda: UHF, simple

[email protected] 2.93

2.9 Antena Yagi-Uda: UHF

Antenas de elevada ganancia, construidas con doble array de elementos y dipolo yagui.

La Palma del Condado. Huelva. 2005

Se recibe en ambas polarizaciones.El nivel de señal de TV en la zona es muy malo

[email protected] 2.94

Antena “Casera” para Yagi-Uda para 2.4 GHz

A altas frecuenciasLas dimensiones hacen la antena impracticableSe prefieren helicoidales y parabólicas

2.9 Antena Yagi-Uda

[email protected] 2.95

2.9 Antena YagiUda

Polarizaciones Cruzadasy Array

Array Sencilla

[email protected] 2.96

2.9 Antena Periódica-LogarítmicaEstructura

Se cumple

Se busca: banda ancha

k+1k

α

Yk

dk

ak

lk

1 1 1 1

k k k k

k k k k

Y l d aY l d a

τ− − − −

= = = =

[email protected] 2.97

2.9 Antena Periódica-Logarítmica

Antena Recepción TV. Portugal. 2006.

[email protected] 2.98

2.9 Antena Periódica-Logarítmica

[email protected] 2.99

2.9 Antenas de BocinaSe construyen a partir de guías de onda

• Las dimensiones deben asegurar desfases acotados en puntos de la salida

• La directividad es

Ejemplo

26.4a bdλ⋅

=

b

a

[email protected] 2.100

2.9 Antenas de Bocina

http://www.merlos.org/documentos/tutoriales/41-construccion-de-una-antena-casera-pringles.html

[email protected] 2.101

El área efectiva es un porcentaje del área física

Se pueden tener en cuenta otros rendimientos

• Spill-over: parte de la potencia que no alcanza la parábola

• Abertura: debido a pérdidas por desfases y polarizaciones

Ancho de haz:

2.9 Antenas ParabólicasSe alimenta una superficie parabólica

• A la salida el desfase es el mismo (mismo trayecto)

Ondas paralelas en fase

Plato parabólico

alimentadorD

( )22 2

4 4ef e T e eD DA A g gπ λ π

η η ηπ λ

= = = ⇒ =

( )2

e A SDg π

η η ηλ

= ⇒

2 4 radgπ

θ η= ( )70 / ºDθ λ=ó

( )2Dg π

ηλ

=

[email protected] 2.102

2.9 Antenas ParabólicasGanancias típicas de 15-30 dBMuy utilizadas en

• Radioenlaces del servicio fijo • Comunicaciones por satélite

Radiodifusión

[email protected] 2.103

2.9 Antenas ParabólicasDiagrama de radiación típico

[email protected] 2.104

2.9 Antenas ParabólicasMuy utilizadas en comunicaciones por satélite

European Broadcasting Union – Union Européene de Radiodiffusion(Eurovisión....)

Sur de Francia. 2006.

[email protected] 2.105

2.9 Antenas Parabólicas

Antenas Parabólicas aDistintas frecuencias:•A igual ganancia

El diámetro se reduce

( )2Dg π

ηλ

=

[email protected] 2.106

2.9 Antenas ParabólicasAntenas parabólicas de radiodifusión

[email protected] 2.107

2.9 Otras antenas: HF hilos

Antenas en Cabo de San Vicente. Portugal

[email protected] 2.108

Antena parabólica radioenlace

Centr

al de

Vod

afone

en C

artuj

a, Se

villa.

A A

venid

a Ca

rlos I

II

Antena GSM 900 sectoriales

Cables de alimentación

2.9 Otras antenas

Entra

da a

Sanlú

carla

May

or. S

evilla

Antena GSM 1800 sectoriales

[email protected] 2.109

Vista de una antena de GSMJunto a su correspondienteCasetilla

Se debe evitar el impacto visual

2.9 Otras antenas

[email protected] 2.110

Dos conectores

2.9 Otras antenas: detalles antena panel GSM

Tilt ó cabeceo mecánico

Antenas de Panel

Poste

en en

trada

San

lúcar

La M

ayor

Sevil

la

[email protected] 2.111

2.9 Antenas GSM de panel, polarizaciones

[email protected] 2.112

Partrón de radiación típico para un sector

2.9 Otras antenas

0

90

180

270 0 -3 -6 -10

-15-20-30

dB

0

90

180

270 0 -3 -6 -10

-15-20-30

dB

[email protected] 2.113

Antenas en receptores Móviles

[email protected] 2.114

2.9 Otras antenas

Antenas de Radiodifusión:TV

Radioenlaces

Antenas de Radiodifusión:Radio

Torr

e de

Com

unic

acio

nes d

e M

ilán.

Ital

ia

[email protected] 2.115

Torre de Comunicaciones de CoisserolaArq: Norman Foster

2.9 Otras antenas

[email protected] 2.116

MontjuicTorre TelefónicaBarcelona’ 92Arq: S. Calatrava

[email protected] 2.117

Torre Rusa de Comunicaicones Ostákino tras atentado Checheno

[email protected] 2.118

Diseño Torre de ComunicacionesPara ciudad de las ciencias de ValenciaArq: S. Calatrava

2.9 Otras antenas

[email protected] 2.119

2.9 Otras antenasMimetizadas

[email protected] 2.120

2.9 Otras antenasMimetizadas 2

Hotel Macarena. Sevilla Antena Móvil

Centro Comercial en Islantilla. Huelva.

Antenas de panel sectoriales a modo de moldura vertical

[email protected] 2.121

Colegio García Quintana y vista de antenas focode los problemas e/m y salud en españa:Casos de leucemia infantil

2.9 Otras antenas

[email protected] 2.122

[email protected] 2.123

2.10 FriisSe analiza,

• La potencia recibida pdr(pet)• El campo eléctrico recibido e(pet)• La potencia recibida pdr(e)

pt’ gt gr pr’=<P>Aef==<P>grλ

2/4π

<P>=e2/η<P>=pt’gt /4πr2

e

r

Se asume que las antenas están convenientemente polarizadas

[email protected] 2.124

2.10 FriisLa potencia recibida en función de la pet

En dB’s

( )2

22

2

' ( , ) ( , ) ( , )4

' ( , ) ( , ) ' ( , ) ( , )4 44

etr ef t efr

tt r t t r

pp P A g Ar

p g g p g grr

θ φ θ φ θ φπ

λ λθ φ θ φ θ φ θ φ

π ππ

=< > =

= =

( )( )

24

420 log

32.45 20 log (MHz) 20 log (Km)

92.45 20 log (GHz) 20 log (Km)

bf

bf

bf

bf

rl

rL

L f r

L f r

πλ

πλ

=

=

= + +

= + +

' 'r t t bf rP P G L G= + − +

dr et tt t b tr rP P L G L L G= − + − − +

[email protected] 2.125

2.10 Friis: Notación

TxCIRCUITO

DE ACOPLO

CIRCUITO DE

ANTENA

T T’ AT RxFR

GRX

CIRCUITO DE

ACOPLO

CIRCUITO DE

ANTENA

RR’AR

petPT

p’t pt

Ltt Lat Dt Lb Dr

pr p’r pdrPR

LtrLar

Gt Gr

PIRE

F

[email protected] 2.126

2.10 Campo eléctrico recibidoEl campo eléctrico recibido vale

En dB’s

• En función de la PARA (PIRE=PRA+2.15),

2 2

2

22 2 2

120'

4' '120 30 30

4

tt

t t tt

e eP

pP gr

p p g piree gr r r

η π

π

ππ

= =

=

= = =

(dB V/m) 74.7 (dBw) 20 log (Km)

(dB V/m) 104.7 (dBk) 20 log (Km)

E PIRE r

E PIRE r

μ

μ

= + −

= + −

(dB V/m) 106.85 (dBk) 20 log (Km)E PRA rμ = + −

[email protected] 2.127

2.10 Potencia recibida en función del campoLa potencia recibida en función del campo eléctrico recibido queda

En dB’s

2 2 2 2 2'

4 120 4r ef ef r re e ep P A A g gλ λη η π π π

= ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅

'(dBm) (dB / ) 20 log (MHz) 77.2r rP E V m f Gμ= − + −

[email protected] 2.128

2.10 Ecuación RadarLa señal transmitida se refleja en el objetivo y se recibe por la misma antenaLa pire reflejada es el flujo recibido por la sección radar,

• Algunas secciones

( )

2esfera

2plano reflector 2

, : radio.

4cos( ) , : ángulo de llegada

r r

ab

σ π

πσ β β

λ

=

=

r

2'

4t

tpP g

rπ< >=

2'

4t

rf tpp g

π=

21

4r rfP prπ

< >=

( )

2 22

2 2 3 4' 1 '

44 4 4t

dr ef t t t trxpp P A g g p g

r r rλ λ

σ σππ π π

= ⋅ = ⋅ =

', t tp g

2 (m )σ

β

[email protected] 2.129

2.11 Apéndice: Emisiones Radioeléctricas

1. Objeto2. Conocimientos previos

• Campos Lejanos y Cercanos

3. CEM y Salud Pública: SAR4. Real Decreto 1066/20015. Memoria técnica 6. Certificación: Medidas experimentales 7. Conclusiones

[email protected] 2.130

2.11.1 OBJETOProblema:

• proliferación de antenas para Dar más servicios: TV, GSM, WiFi , LMDS,...Aportar más cobertura.Introducir nuevos operadores.

• creando alarma social … ¿son inocuas?Ej: Colegio García Quintana

Casos de leucemia infantil

Solución: •Normativa para limitar emisiones radioeléctricas

¿Existe riesgo? ¿Qué límite de radiación se impone?

¿Cómo medir la radiación?¿Cómo se certifica un transmisor?¿Qué instrumentos de medida se utilizan?

[email protected] 2.131

2.11.2 Conocimientos previosLa antena radia campos eléctrico y mágnetico

• El producto vectorial de ambos es el vector de poyntingnos da el flujo de potencia por unidad de superficie

La antena radia la potencia que se le entrega en el espacio• Según su Diagrama de Radiación

Que es la ganancia en cada dirección respecto a la antena isótropaLa antena isótropa es aquella que distribuye la potencia entregada en uniformemente en todas las direcciones del espacio

• El diagrama de radiación se suele expresar dandoLa ganancia máxima que se denomina “ganancia de la antena”La ganancia en cada punto respecto de la ganancia máxima, o patrón normalizado

*12

S E H= ℜ ×

( , )f θ φ

[email protected] 2.132

2.11.2 Conocimientos previos: PIREEjemplo

• Una antena con ganancia 20 dB y patrón normalizado en dB’s

La densidad de potencia radiada en espacio libre a una determinada distancia en una determinada dirección (θ,φ) es

• En la dirección de máxima ganancia:

0

90

180

270 0 -3 -6 -10 dB

0

90

180

0 -3 -6 -10 dB270

Corte horizontal Corte vertical

22

1( , , ) ( , ) W/m4etS d p g f

dθ φ θ φ

π= ⋅ ⋅ ⋅

( , )f θ φ

22

1( , , ) W/m4mx mxS d pire

dθ φ

π= ⋅

[email protected] 2.133

2.11.2 Conocimientos previos: Campo cercano/lejano

Campo cercano • Diagrama de radiación función de la

distancia• Relación entre E y H no inmediata

Campo Lejano o Zona de Fraunhofer• E y H perpendiculares entre si y a la

dirección de propagación• E y H relacionados por la impedancia

intrínseca• El flujo se calcula como

CAMPO CERCANO

CAMPO LEJANO

(Zona de Radiación)

D= máx. longitud lineal de la antena

21 2 / 3r D λ λ= ≈

1r

Importante para medir el flujo de potencia

22W/m

120ES

π=

[email protected] 2.134

2.11.3 CEM y Salud Pública: EfectosRadiofrecuencias: Rango del espectro entre 3KHz y 300GHz

• Las recomendaciones sobre salud abarcan desde 0 a 300GHz• Los sistemas de radicomunicación trabajan por encima de 100 KHz

La mayoría lo hacen por encima de 100MHz

¿Qué posibles efectos “constatados” causan la radiación en Radiofrecuencia?• Ionización f > 3e15 Hz

Criterio: capacidad de impartir suficiente energía a una molécula o un átomo para alterar su estructura quitándole uno o más electrones.Separa frecuencias en Radiación Ionizante (RI) y No Ionizante (RNI)

• Efecto térmico 1e5 < f < 3e15 HzCalentamiento de tejidos debido a la inducción de corriente eléctrica

• Efectos de electroestimulación f < 1e5 HzEfectos celulares diversos:

Reducción de melatonina» Efecto oncoestático: evita cáncer (Ej: mama)» Inhibe el efecto nocivo de radicales libres (oxidación) sobre ADN» Cambios en los ritmos biológicos

Frecuencias Bajas: cambios eléctricos en la membrana de todas las células provocando cáncer como leucemia.Hipersensibilidad electromagnética: es lo que normalmente se ha llamado “sintomas inespecíficos”: dolores de cabeza, mareo, fatigas…

[email protected] 2.135

Cambios moleculares: Lesiones y mutaciones ADN

2.11.3 CEM y Salud Pública: Espectro

[email protected] 2.136

2.11.3 CEM y Salud Pública: Efecto térmicoEn el estudio del efecto térmico sobre el cuerpo en un punto:

• 1.- Parte del campo se refleja y no pasa• 2.- El campo se atenúa al atravesar tejidos: mayor atenuación a mayor

frecuencia• 3.- Llegado a un punto produce un calentamiento

Es preciso estudiar estos fenómenos • para establecer unos niveles máximos de exposición (MPE maximum

permissible exposures) a campos electromagnéticos

1.- Reflexión del campo incidente:• Valores típicos de conductividad

Aire: σ1=1e-13Tejido vivo: σ2 =1e-1

• Conclusión: una parte importante de la señal se refleja y no pasa al interior del cuerpo

Gran diferencia entre impedancias de medios

[email protected] 2.137

2.11.3 CEM y Salud Pública: Penetración2.- Penetración: el campo eléctrico en el interior a una profundidad z viene dado por

• La profundidad de penetración es la distancia a la que el campo E se ha atenuado por e, unos 8.69dB.

• A frecuencias mayores de 6GHz el campo no va más allá de la piel• Ejemplo: tejido muscular,

/(0)

: profundidad de penetración

ztej tejE E e δ

δ

−=

Quemaduras piel

[email protected] 2.138

2.11.3 CEM y Salud Pública: SAR3.- Calentamiento: el calentamiento se mide utilizando la SAR

• SAR: Specific Absortion Rate (ó TAE en español)

• A partir de la SAR se calcula la temperatura fácilmente

• Ej, Tejido muscular con c=3.5 kJ/kgºC y SAR=1W/kg: calentamiento de 3e-4 ºC por segundo

2

3

W/Kg

: Conductividad del tejido (S/m)

: Densidad del tejido (kg/m )

: Campo eléctrico en el tejido (V/m)

ESAR

E

σρ

σ

ρ

=

ºC/s

: capacidad específica de calentamiento

dT SARdt cc

=

[email protected] 2.139

2.11.4 Real Decreto 1066/2001: ICNIRPInforme ICNIRP:

• La OMS encarga a ICNIRP (Comisión Internacional para la Protección de la Radiación No Ionizante) la delimitación de unos niveles de radiación. Estos niveles se difundieron en 1998:

el único efecto perjudicial es el térmico = calentamiento de tejidosEj: se considera que por debajo de 450µW/cm2 a 900 MHz no es nocivo.

• En 1999: el Consejo de la Unión Europea adoptó estos criterios de la ICNIRP en forma de recomendación. El Estado español, también: RD 1066/2001 “CEM y salud pública”

[email protected] 2.140

2.11.4 Real Decreto 1066/2001RD para “la protección del dominio público radioeléctrico, la autorización y planificación de estaciones y las restricciones a emisiones”Obliga a todos los operadoresEstos límites (Anexo II) se establecen en función de:

restricciones básicas y niveles de referencia.

Clasifica las estaciones emisoras en

• Y enumera los requisitos a satisfacer por cada unoDiseñoCertificación

Estaciones radioeléctricas ubicadas en suelo no urbano, con pire≤ 10 W, en cuyo entorno existan áreas en las que puedan permanecer habitualmente personas.ER4

Estaciones radioeléctricas ubicadas en suelo no urbano, con pire> 10 W, en cuyo entorno existan áreas en las que puedan permanecer habitualmente personas.

ER3

Estaciones radioeléctricas ubicadas en suelo urbano, con pire≤ 10 W.ER2Estaciones radioeléctricas ubicadas en suelo urbano, con pire> 10 W.ER1CaracterísticasTipo estación

Ejercicio: lea el real decreto detenidamente

[email protected] 2.141

2.11.4 RD 1066/2001: Restricciones básicas

10-----10-300 GHz

-420,08--10 MHz-10 GHz

-420,08f/500-100 kHz-10 MHz

----f/500-1-100 kHz

----2-4-1.000Hz

----8/f-1-4 Hz

----8->0-1 Hz

-----400 Hz

Densidad de potenciaS (W/m2)

SAR Localizado(miembros)

(W/kg)

SAR Localizado(cabeza y tronco)(W/kg)

SAR medio decuerpo entero(W/kg)

Densidad corriente(mA/m2)

rms

Inducción magnética

(mT)

Gama defrecuencia

• Con una SAR de 4 W/kg el tejido se calienta 1ºC durante 6 min(dada c=1.5 kJ/kgºC )

[email protected] 2.142

2.11.4 RD 1066/2001: Niveles de referencia

100,200,16612-300 GHzf/2000,0046f1/20,0037f1/21,375f1/2400-2.000 MHz

20,0920,073/f2810-400 MHz-0,92/f0,73/f87/f1/21-10MHz-0,92/f0,73/f870,15-1 MHz-6,255873-150 kHz-6,255250/f0,8-3 kHz-5/f4/f250/f0,025-0,8 kHz

5.000/f4.000/f10.0008-25 Hz4 x 104/f23,2 x 104/f210.0001-8 Hz4 x 1043,2 x 104-0-1 Hz

Densidad de potencia

equivalentede onda plana

(W/m2)

Campo B- (µT)

Intensidad de campoH-(A/m)

Intensidad de campoE-(V/m)

Gama defrecuencia

Para campo lejano, magnitudes dependientes basta con chequear una de ellas

[email protected] 2.143

EjercicioImaginemos un tejido (ej muscular) sobre el que incide una radiación a 900Mhz con un nivel máximo de referencia

• Calcule los niveles de referencia y el de SARAsuma que la densidad es 1.07kg/l y que la conductividad es 1 S/m

• Nótese que se ha asumido que1) Todo el campo incidente pasa al tejido (no hay reflexión)2) La absorción es a una distancia 0 m de la superficie donde incide la radiación

1/2

2 2 2

2 2 2

(900MHz) 1.375(900) =41.25 V/m

/ 41.25 /120 4.514 W/m

1 41.25 1.590 W/kg1.07 3

E

S E

E ESARe

η π

σ σρ ρ

=

= = =

⋅= = =

[email protected] 2.144

2.11.4 Otros niveles de referencia a 900MhzCENELEC (prES 59005:1998), ITU (T R.k52) e IEEE (C95.1-1991)

• Igual que RD 1066/2001,• Máximo de 4.5 W/m2 = 450 µW/cm2 basado en una SAR de 0.08-4 W/Kg

Informe de Salzsburgo1 2000 • Máximo de 0,1 µW/cm2

Otros paises• Suiza 4 μW/cm2, Rusia 2.4 μW/cm2, China 6.6 μW/cm2 , Italia 10 μW/cm2

Comunidades autónomas • Generalitat de Catalunya y La Rioja 200 μW/cm2

• Navarra reducción del 25% de los límites nacionales • Castilla la mancha

Normal 200 μW/cm2

Suelo urbano 10 μW/cm2

Zonas sensibles (hospitales, colegios,...) 0.1 μW/cm2

1 Conferencia internacional sobre Emplazamiento de Emisoras de Telefonía Móvil, Ciencia y Salud PúblicaRadio vaticano

[email protected] 2.145

2.11.4 RD 1066/2001: Art. 8 “Proyecto”Artículo 8. Determinados requisitos para la autorización, criterios de planificación e instalación de estaciones radioeléctricas.

• 1. Los operadores que establezcan redes soporte de servicios de radiodifusión sonora y televisión y los titulares de licencias individuales de tipo B2 y C2, presentarán un estudio detallado, …, que indique los niveles de exposición radioeléctrica en áreas … en las que puedan permanecer habitualmente personas.

Los mencionados niveles … deberán cumplir los límites establecidos en el anexo II de este Reglamento.

• 2. … presentarán, …, un proyecto de instalación de señalización y, en su caso, vallado que restrinja el acceso de personal no profesional a zonas en las que pudieran superarse las restricciones establecidas en el anexo II. …

• 7.d … debe minimizar, …, los niveles de emisión sobre espacios sensibles, tales como escuelas, centros de salud, hospitales o parques públicos.

Mem

oria

Téc

nica

[email protected] 2.146

2.11.4 RD 1066/2001: Art. 9 “Certificación”Artículo 9. Inspección y certificación de las instalaciones radioeléctricas.

•1. Será requisito previo a la utilización del dominio público radioeléctrico por parte de los operadores a los que se refiere el apartado 1 del artículo 8 la inspección o reconocimiento satisfactorio de las instalaciones ...

•Asimismo, los titulares de licencias individuales de tipo B2 y C2 deberán remitir al Ministerio de Ciencia y Tecnología, en el primer trimestre de cada año natural, una certificación… de que se han respetado los límites de exposición …

Cer

tific

ació

n=M

edid

as

[email protected] 2.147

2.11.5 Memoria técnica según RDPara establecer un perímetro de protección se asume campos lejanosSe debe añadir la radiación existente en la zona a la que se vaya a radiar al término del proyecto

• Si no hay otra fuente de radiación en las inmediaciones se despreciaSe proporcionan dos datos

• Perímetro de seguridad; distancia por debajo de la cual se cumplen los niveles, en campo lejano,

• Ejercicio: Calcule el perímetro de seguridad para un Nodo de WiFi con pire de 100mW.Sol: El nivel de referencia es Smax 10W/m2. Si asumimos M=4 → Dmax=6 cm

max2max44

: factor de corrección 1-4

pire M pireS DSD

Mππ⋅

= ⇒ =⋅ ⋅

[email protected] 2.148

2.11.5 Memoria técnica según RD

• Volumen de referencia ó Paralelepípedo de protección: volumen dentro del cual no se cumplen los niveles de referencia

En principio una esfera de radio Dmax podría servir.Pero es una solución conservadora

Se suele tomar un paralelepípedo con 5 dimensiones básicas que parten del centro de la antena:

estas dimensiones dependen del diagrama de radiación

Obligatorio para estaciones ER1 y ER2

1mL

hL

2vL

1vL2mL

Si la antena radia igual•arriba y abajo 1 2v vL L⇒ =

[email protected] 2.149

2.11.5 Memoria técnica según RDEl volumen de referencia es el menor paralelepípedo que contieneel patrón de radiación, escalado para que

Corte horizontal

Corte vertical

0

90

180

270 0 -3 -6 -10 dB

0

90

180

0 -3 -6 -10 dB270

1 maxmL D=

[email protected] 2.150

2.11.5 Memoria técnica según RD: EjemploEjemplo: sector de estación base de GSM 900 MHz

Allgon

2.65

m

La altura de la antena se incluyeen el alto Lv

Nos centramos en el corte vertical

[email protected] 2.151

2.11.5 Memoria técnica según RD: EjemploEjemplo: sector de estación base de GSM 900 MHz.

BW_H: Anchura de haz horizontal (grados).BW_V: Anchura de haz vertical (grados).FB: Relación delante/atrás (dB).Tam_ant: Tamaño antena (metros).

2,6515,2525768726,3

Tam_antGFBBW_VBW_HPIRE(W)

1,961,962,860,203,58

Lv2e (m)Lv1e (m)Lh (m)Lm2 (m)Lm1 (m)

Se asume campo lejano

[email protected] 2.152

2.11.6 Certificación: Medidas experimentalesLas medidas han de verificar el cumplimiento de los límites establecidos por el RD 1066/2001:

[email protected] 2.153

2.11.6 Medidas experimentalesEl procedimiento de medida.

• Fase 1: medidas no selectivas en frecuenciaDe acuerdo a lo establecido en el anexo 4 de la orden CTE/23/2002SencillezInconveniente: habrá que comparar con el límite más restrictivo de todas las frecuencias de las que se está recibiendo campoSi se excede el nivel de decisión se va a fase 2

• Fase 2: medidas selectivas en frecuenciaSe determina qué potencia radia cada emisión

• Fase 3: o fase de investigación detalladaPara emisiones pulsantes o campos cercanos

[email protected] 2.154

2.11.6 Medidas experimentales: Fase 1 de medida Procedimiento Fase 1

• Se buscan los puntos de exposición máximaCercanos a las estaciones emisorasZonas de paso habitual del público, escuelas…

• Calibración del equipo: una sonda de banda ancha• Se recorre el entorno con alturas de la sonda de 1,1 a 1,7m.

Identificadas las zonas de mayor radiación se instala trípode y medición promediada durante 6 minutos

• Los valores obtenidos se comparan con los niveles de decisión=Niveles de Referencia del RD – 6dB.

Si existen varias radiaciones (GSM + TV…)se aplica el Nivel de Referencia menor del RD

• Una vez obtenido el valor final de medida, se pueden dar dos situaciones:

El nivel obtenido está por encima del nivel de decisión pasar a la fase 2 de medidasEstá por debajo el emplazamiento queda validado

EMR 200-300

[email protected] 2.155

2.11.6 Medidas experimentales: Fase 2 de medidaEs una medida selectiva en frecuencia

• por lo que será necesario un Analizador de Espectros o un Receptor Selectivo en frecuencia.

• se han de considerar: factor de antena y atenuación del cable

Se descartan aquellas componentes espectrales que estén 40 dB por debajo de los niveles de referenciaTres posibles casos:

• Que todas las componentes estén 40 dB por debajo del nivel de referencia

Validado• Que algunas no lo estén pero todas estén por debajo del nivel de

referenciaComprobación sumatorio de las contribuciones

• Que algunas estén por encima del nivel de referenciaNo validado R&S FSH3

[email protected] 2.156

2.11.6 Medidas experimentales: Fase 2 de medida

Nivel de referencia-40dB

Comprobación sumatorio de las contribuciones

Emplazamiento validado

Nivel de decisión=Nivel de referencia -6dB

Emplazamiento no validado

[email protected] 2.157

2.11.6 Medidas experimentales: EjemploTV analógica (M.Riotinto, Huelva)

[email protected] 2.158

D. Horizontal

D. Vertical

2.11.6 Medidas experimentales: Ejemplo, sistema radiante

[email protected] 2.159

2.11.6 Medidas experimentales: Ejemplo, Puntos de medida

[email protected] 2.160

2.11.6 Medidas experimentales: Ejemplo, mediciones realizadas

[email protected] 2.161

2.11.7 Conclusiones¿Existe riesgo para la salud?

• No. Al menos no demostrado• Se ha hablado de los emisores. ¿terminales?

¿Qué límite de radiación se impone?• Los límites en España son los dados por la OMS• Dependen de la frecuencia y están asociados a un valor SAR 4W/kg

¿Cómo medir la radiación?• A partir de lo visto en este tema se puede estudiar: pire, ganancia,…

¿Cómo se diseña y certifica un transmisor?• Teniendo en cuenta el volumen de referencia• Haciendo las medidas que corroboran que fuera del volumen se

cumplen los límites

¿Qué instrumentos de medida se utilizan? • Sonda isotrópica y Analizador de espectro

[email protected] 2.162

Algunos EnlacesRecomendados

• http://catedra-coitt.euitt.upm.es/web_salud_medioamb/inicio.htmMuy completo: toda la legislación, intrumentos de medida, informes,…

• http://www.spectrum.ieee.org/print/1866 IEEE Spectrum: Sins OfTransmission?

Otros:• http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_234.htm Inst Nacional de Seguridad e

Higiene en el Trabajo• http://www.fcc.gov/oet/rfsafety/ FCC sobre radiaciones

FCC: http://www.fda.gov/cellphones específico para Tel Mov• http://www.arpansa.gov.au/mph1.htm Australia Gov.