Examen
3.
Total
15 puntos.
Reina
Mendoza
V.-11784665
Ondas Electromagnéticas, Radiación y Antenas
1.
Muchas veces viendo televisión nos
encontramos con un fenómeno molesto llamado fantasma. Explique el fenómeno en base a la reflexión, refracción e interferencia
de ondas electromagnéticas y explique porqué desaparece el problema al mover la
antena.(2 ptos.)
La dirección de propagación de las ondas
electromagnéticas (la señal de televisión, por ejemplo) siempre se produce en
línea recta, excepto cuando es alterada por los llamados efectos ópticos de
refración, reflexión e interferencia.
La refracción es un doblamiento de la dirección de
propagación y se produce cuando una onda de radio pasa de un medio a otro de
diferente densidad. Esto puede ocurrir
debido a cambios de densidad, temperatura, contenido de agua, vapor y
conductividad relativa en la atmósfera.
La reflexión
es un salto y se produce cuando
una onda incidente choca con una barrera de dos medios y parte de la potencia
incidente no entra a todo el material.
La interferencia es una colisión con otra señal y se
produce cuando dos o más ondas ocupan el mismo punto en el espacio.
El problema tiende a desaparecer al mover la antena
debido a que cambia su ángulo de inclinación al momento de la recepción de la
señal, se crea su propio radio horizonte.
Además al mover la antena acopla en la misma frecuencia la antena
transmisora con la receptora...
2.
¿Porqué cuando entramos en un túnel dejamos
de oír las emisoras de radio AM y seguimos escuchando las FM? .(2 ptos.)
Las señales portadoras AM (Modulación de la amplitud), para su transmisión en el espacio
aéreo, se le asignan frecuencias bajas, esto significa que, si la
frecuencia es baja longitud de onda es grande. Debido a esto al pasar por el túnel la onda no pasa completa,
debido a que choca con la superficie del túnel produciéndose distorsión de la onda, por lo que la antena no puede
recibir y se pierde la señal.
Por otro lado, las señales portadoras FM (Modulación
de la Frecuencia) como trabaja con frecuencias altas, por ejemplo MHzt, la
longitud de la onda es más pequeña.
Debido a esto, al pasar por el túnel, la onda igualmente choca con la
superficie del túnel, pero a diferencia de la AM, en un período de tiempo pasa
mayor cantidad de ondas, quizás haya distorsión y atenuación de la señal sobre
todo si la estación transmisora está lejos, pero siempre en menor grado que la
AM.
3.
Explique las diferentes formas de propagación
de la onda electromagnética. .(2 ptos.)
Dependiendo del tipo de sistema y del ambiente
existen tres tipos de propagación de las ondas electromagnéticas. La intensidad de campo de la onda (receptor)
estará afectada por la distancia
(atenuación y absorción) y si las ondas están en fase (interferencia)
3.1.
Ondas de tierra: Es una onda que viaja por la superficie de
la tierra (ondas superficiales). Para
no ser absorbidas por la tierra deben
estar polarizadas verticalmente. Al analizar como se propaga este tipo de
onda, se observa que la atmósfera hace que el frente de onda se incline
progresivamente hacia delante, de esta forma la onda se propaga alrededor de la
tierra. Utilizan frecuencias bajas
(VLF, LF, MF) y potencias altas.
3.2.
Ondas espaciales: este tipo
de propagación incluye energía radiada
con cierta velocidad en la parte inferior de la ionósfera. Se tienen ondas espaciales directas y ondas
espaciales reflejadas a tierra. Las
ondas espaciales directas se les llama transmisión de líneas de vista, en este
caso las ondas viajan en línea recta, en este caso, es necesario considerar en este tipo de transmisión el
ángulo natural que se produce por la curvatura de la tierra (radio
horizonte). Las ondas reflejadas son
reflejadas por la superficie de la tierra entre la antena transmisora y la
receptora.
3.3.
Ondas de cielo: Se dirigen por
encima del horizonte, se irradian en una dirección que produce un ángulo grande
con referencia a la tierra, luego son reflejadas o refractadas por la ionósfera
(capa más alta de la atmósfera). Ocurre
que el campo eléctrico de la onda de radio al pasar por la ionósfera hace
vibrar los electrones libres;
proporcionándole velocidad y reflejando o refractando la onda electromagnética. Mientras las onda de radio se aleja de la
tierra se incrementa la ionización ( carga de energía de las moléculas de
aire). Las ondas viajan desde la capa D
(capa más lejana al sol) con baja refracción y reflexión (VLF , LF) y absorción MF, HF. Pasando por la capa E
(Absorción de ondas MF y Reflexión HF) hasta llegar a la capa F donde se
absorben y se atenúan algunas ondas HF y son refractadas nuevamente a la
tierra.
4.
Defina los siguientes términos: Onda
estacionaria, patrón de radiación, lóbulo principal, lóbulos laterales y
desvanecimiento.(5 ptos.)
La onda estacionaria es la regresiva de potencia que
queda en un tx y por lo tanto se recalienta y tiende a quemarse.
El
patrón se refiere al desplazamiento de la señal en una zona determinada. Este
patrón nos informa y nos permite direccionar la antena para mejor cobertura. A
este se le aplica un ángulo de inclinación para que penetre la señal. Se llama patrón de radiación a la
dependencia del direccionamiento y la
ganancia del ángulo (theta, phi)
El
poder de la densidad radiada puede fallar hasta en regiones bien definidas,
llamadas lóbulos, separadas por regiones de baja intensidad llamadas “nulls”
Cada
una de las frecuencias en la cual un objeto vibra está asociada con un patrón
de onda. Cuando un objeto es forzado en
vibrar resonancia a una de sus frecuencias naturales, lo hace de tal manera que
se forma una onda dentro del objeto.
Un patrón de onda se describe como un modelo de
virbración que se crea dentro de un medio cuando la frecuencia de vibración de
la fuente causa ondas reflejadas.
El lóbulo
principal se relaciona con el desfasaje
en metros por el cual viajará la señal.
Es donde normalmente se direcciona el poder de la antena que se requiere
Los lóbulos de irradiación en dirección distinta a
las del eje se les llama lóbulos laterales y representan la sensibilidad de la
antena en captar energía proveniente de direcciones no deseadas. El lóbulo de 180 grados se denomina lóbulo
trasero y la relación entre este y el lóbulo principal se especifica como
relación frente espalda
5.
¿Para que sirve una radiador isotrópico? .(2
ptos.)
Por definición un radiador
isotrópico es una fuente puntual que radia potencia a una proporción
uniformemente constante en todas las direcciones. Este radiador produce un
frente de onda de radio R; donde todos los puntos a la distancia R la fuente en la superficie de la esfera
tienen densidades de potencias iguales.
Los radiadores isotrópicos estan representados por las antenas
omnidireccionales. Estas antenas sirven
para en cualquier estructura de radiación que tenga rotación invariable
alrededor de un eje vertical, lo que la hace radiar en todas las
direcciones en un plano
horizontal. Ejemplo de radiador
isotrópico son las antenas Whip o una
antena dipolo sobre un plano. Estas
antenas radian con el campo eléctrico en forma vertical y el campo magnético en
forma horizontal.
6.
¿Cuáles son las partes de una antena
parabólica? Explique el principio de
operación de la antena.(2 ptos.)
Reflector:
Parte principal de una antena parabólica y tiene forma de un plato. Por
ser un reflector su función es irradiar
energías de ondas, mediante un
“feeder” (alimentador) ubicado en
un punto focal.
Al radiar energía
electromagnética hacia el
reflector parabólico desde
el foco todas
las ondas irradiadas
viajaran a la
misma distancia para
cuando lleven a la
misma directriz, sin
importar desde que
punto de la parábola se
haya reflejado.
Alimentador (feeder): Su función principal generar
energía electromagnética hacia
el refletor. Estos cumplen tres
funciones principales: Alimentación
central, alimentación de
corneta y alimentación Cassegrain.
Principio de
operación: La idea de transmitir
a través de una antena es para radiar ondas electromagnéticas en el espacio
libre (normalmente el aire). El poder
para esta es suministrado por un alimentador, el cual es a menudo la longitud