DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES

RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 12 SEPTIEMBRE 2012 APELLIDOS, NOMBRE: ………………………………………………………… DNI: ………….. PROBLEMA: (45 minutos) (50% de la nota)

Se pretende diseñar el alimentador del reflector offset de la figura para funcionar a 15 GHz.

1. Calcule el ángulo de visión del borde s con

que el alimentador ve la periferia del reflector. (1p)

2. Diseñe una bocina piramidal para iluminar óptimamente (máxima ganancia) el reflector. El diagrama primario de la bocina debe tener la misma anchura de haz en sus planos principales. Además su longitud (R1 ≈ R2) debe ser del orden de 10 cm. (2p)

3. Estime la ganancia de la antena completa. (1p) 4. Calcule el desequilibrio de iluminación entre el

extremo superior y el inferior del reflector, en dB, debido a la diferencia de distancias de los rayos que alcanzan dichos extremos. ¿Qué puede hacer para igualar el nivel de iluminación? (1p)

2tanF2r

cos1

F2

Diagrama universal bocina piramidal plano E

Diagrama universal bocina piramidal plano H

150 cm

20 cm

z

r

120 cm

s

0

P

s

Solución:

1. Aplicamos la expresión

2tanF2r para los extremos superior e inferior del paraboloide,

obteniendo:

º53.92

tan120220

soso

º62.702

tan1202170

soso

Operando: s=30.5º

2. Por la longitud de la bocina vamos a partir de valores de errores de fase en cada plano, t = s =0. En el ángulo calculado anteriormente, s=30.5º, tenemos un nivel de -10 dB, que corresponden a 10-10/20=0.32, para conseguir iluminar el reflector de manera óptima. Con estos valores, cortamos en las gráficas en los valores de abcisas:

cmBB

PlanoE s 76.27.0sin:

cmAA

PlanoH s 94.31sin:

Con estos valores, recalculamos los errores de fase:

05.08 2

2

R

Bs

; 1.0

8 1

2

R

At

Que son suficientemente bajos para ser considerada bocina de bajo error de fase.

3. La ganancia se estima a partir de una eficiencia total igual a 0.7:

dBiRG 9.45752

47.0log10

4log10 2

22

2

4. El desequilibrio de amplitud se calcula a partir de la propagación esférica de la onda asociada al

tramo que va desde el alimentador hasta los dos extremos del paraboloide.

dBF

F

so

so 5.3

cos1

2cos1

2

log20log20sup

sup

Se puede corregir cambiando el apuntamiento del alimentador, haciendo que éste apunte hacia arriba (menor nivel) para compensar el valor de 3.5 dB.

DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN. EXAMEN FINAL 12 SEPTIEMBRE 2012

APELLIDOS, NOMBRE: ………………………………………………………… DNI: ………….. TEORÍA: (40 minutos) (50% de la nota) Instrucciones: responda de manera breve y concisa, en el espacio asignado, a cada pregunta.

1. ¿Durante qué fase del día (día o noche) típicamente se produce zona de sombra en torno a una antena de HF a la frecuencia de 5 MHz? Explique por qué. (0.5p)

De noche baja la densidad de electrones y por tanto la frecuencia crítica, ya que ésta es max9 Nfc . Esta

frecuencia crítica se sitúa por debajo de 5 MHz, dando lugar a que los rayos próximos a la incidencia vertical se escapen hacia el exterior, produciéndose una zona de sombra.

2. Para un sistema de radiodifusión en onda media por onda de superficie (1 MHz) se emplea un dipolo resonante horizontal situado a 30 metros de altura... Comente qué no funciona en este sistema de radiodifusión. (0.5p)

La polarización horizontal no se puede propagar por onda de superficie.

3. Para un radioenlace terrestre de 30 km, a partir de qué frecuencia es importante la atenuación por lluvia intensa. (0.5p)

A partir de 3 GHz.

4. ¿Cuál es el margen de temperaturas típicas de las antenas Cassegrain de estaciones terrenas de comunicaciones por satélite (para ángulos por encima de 20º sobre el horizonte) en banda C (4-6 GHz)? (0.5p)

Depende del diseño de la antena Cassegrain, pero está en torno a 40K.

5. ¿Qué ganancia típica se puede obtener con una bocina piramidal óptima a 10 GHz de 9cm x 6cm de apertura? (0.5p)

Las bocinas óptimas tienen una eficiencia de apertura de 0.5. Considerando eficiencia de radiación 1, tenemos:

dBiABG a 8.15693

45.0log10

4log10

22

6. ¿Qué condiciones debe cumplir la geometría de una hélice para radiar en el modo axial? (0.5p) Las condiciones básicas para la geometría de una hélice en modo axial son perímetro (2R) del orden de la longitud de onda, y un ángulo de enrollamiento de en torno a 12º.

7. Si se diseña un array con una excitación que reduce el nivel de lóbulos secundarios respecto al caso de iluminación uniforme, ¿qué ocurre con la directividad y la anchura de haz entre puntos de potencia mitad? (0.5p)

Para reducir el nivel de lóbulos secundarios se tiene una excitación decreciente del centro hacia el borde. Con esta excitación se reduce la directividad y aumenta la anchura de haz entre puntos de potencia mitad.

8. Una antena que funciona a 3 GHz genera un campo radiante de 1V/m a 1 metro de distancia en la dirección de máxima radiación, cuando se le entrega una potencia de 1mW.

a) Calcule la densidad de potencia a 50 metros de distancia. (0.5p) El campo eléctrico es inversamente proporcional a la distancia con lo que a 50 metros tendremos un

campo de: 1/50 V/m. Para calcular la densidad de potencia: 222

/53.01202

1

50

1

2mW

ES

b) Calcule la ganancia de la antena. (0.5p)

Para el cálculo de la ganancia: dBiP

SdG

ent

2.1265.16log1065.164 2

9. Sobre una antena que en transmisión radia en la dirección del eje z un campo yjxz

e zjko

ˆˆ3

, incide

proveniente de un punto lejano situado sobre el eje de las z positivas, un campo de x̂1.0 V/m. La ganancia de la antena en la dirección del eje z es de 10 dBi y funciona a una frecuencia de 1 GHz. Calcule la potencia disponible en bornes de la antena. (0.5p)

mWeeASP rtefdis 47.05.01041202

1.0ˆˆ

222