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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

ANTENAS TRANSMISORAS PARA RADIODIFUSION EN ONDA MEDIA.

CURSO: ANTENAS DOCENTE: JAIME VALLEJOS LAOS.

INTEGRANTES: 2016 – B ANTENAS TRANSMISORAS PARA RADIODIFUSION EN ONDA MEDIA

Objetivo: Comprender los mecanismos por los que se produce el fenómeno de radiación, conocer las bases físico-matemáticas que permiten la determinación de la forma

de radiar de las antenas, asi también las características básicas de las antenas, en su doble variante de elemento transmisor o receptor. Analizar las antenas transmisoras para radiodifusión en una onda media, determinando su comportamiento, las condiciones que han de cumplir las líneas de alimentación para su adaptación con la antena y establecer los criterios que permiten medir los parámetros característicos de las antenas transmisoras.

Introducción Las antenas son parte de los sistemas de telecomunicación específicamente constituyen una parte fundamental de los sistemas radiodifusión en onda media. Una antena es un dispositivo metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas del espacio. En los circuitos transmisores y receptores de radio, se producen corrientes y tensiones eléctricas de altas frecuencias y asociadas a ellas se encuentran las ondas electromagnéticas. Para viajar por el espacio esas señales eléctricas deben acoplarse primero al mismo. Esta es la función de la antena: adaptar campos electromagnéticos entre distintos medios de conducción. Por ello concebimos una antena, como un dispositivo encargado de convertir ondas electromagnéticos "conducidas" por una línea de transmisión o guía de ondas, en ondas que pueden propagarse libremente en el espacio. Una antena es entonces una interfase entre el espacio libre y la línea de transmisión. Mientras la línea no irradia energía al espacio, la antena si lo hace y eso es lo que las distingue. Según la aplicación de la antena, el tamaño de la misma estará relacionado con la banda de frecuencias que se quiere captar o transmitir. Desde la antena constituida por un simple alambre hasta los complejos sistemas radiadores utilizados en las comunicaciones espaciales, las antenas actúan como emisores o receptores de ondas electromagnéticas que transportan información de índole diversa requerida en múltiples aplicaciones de la vida cotidiana. El enfoque que se pretende dar aquí es, en cierta medida práctico, sin sacrificar la teoría necesaria, pero dejando a veces de lado desarrollos algebraicos que no se consideran fundamentales para la comprensión de los fenómenos físicos o que, por su extensión, hacen impráctica su inclusión en el texto. Cuando la antena es utilizada para radiar ondas electromagnéticas al espacio, cumple el papel de antena emisora o transmisora y cuando se emplea para interceptar o capturar ondas que se propagan en el espacio y convertirlas en energía útil, aprovechable por un receptor, cumple la función de antena receptora.

MARCO TEORICO

Bandas de frecuencia Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y está dividido en sectores. En dicha división por sectores, la radiodifusión comprende las siguientes frecuencias de emisión:   

Radio AM Onda larga = 148,5 a 283,5 kHz (LF) Radio AM Onda media = 530 kHz - 1710 kHz (MF) Radio AM Onda corta = 3 MHz - 30 MHz (HF)

Las designación de frecuencias para la televisión y radio FM varían según los países, consulte las frecuencias de los canales de televisión y banda de Radiodifusión FM. Dado que las frecuencias de VHF y UHF son convenientes para muchos usos en las áreas urbanas, en Norteamérica algunas partes de la banda de radiodifusión de televisión, han sido reasignadas para telefonía móvil y varios sistemas de comunicaciones móviles terrestres. Los servicios de radiodifusión comercial en Onda Media comprenden desde 531 a 1620 kHz, mientras que los de Onda Larga van desde 150 a 285 kHz. Estos servicios, eminentemente regionales o locales, tienen, sin embargo unas potencias que van desde unos escasos kilovatios a 1.000 kilovatios en Europa o los países árabes. Otra diferencia apreciable entre continentes son los canales: mientras que en Europa los canales van de 9 en 9 kHz, en América lo son de 10 en 10 kHz. Pero, alguno se puede preguntar en qué reside el encanto de estas bandas. Casi todo el mundo sabe que por el día, en la Onda Media y más en la Onda Larga, sólo se oyen emisoras de nuestro entorno, mientras que cuando se hace la noche comienzan los ruidos y es difícil sintonizar nuestra emisora preferida, aunque esté en nuestra propia ciudad. Todo ello es debido a la propagación. PROPAGACIÓN En estas bandas, el suelo representa un papel importante; no obstante, cuanto más elevada es la frecuencia, más de prisa se debilita la señal. En el mar, cuya conductividad es superior, las distancias que se cubren son muy superiores. El oyente de estas bandas puede comprobar como, muy a menudo y al atardecer, está escuchando sin interferencias alguna estación próxima. Pero, a medida que la tarde va llegando y con ello la noche, apreciará que empieza a aparecer en el receptor zumbidos, música, palabras, que en realidad no proceden de la emisora sintonizada sino de otras, lejanas o muy lejanas que interfieren a la local. Esto sucede ya que al ponerse el sol la capa D se desioniza lo que permite que las radiaciones dirigidas al cielo reboten en la capa E aumentando notablemente

su difusión. Otro fenómeno nocivo, en principio, para la sintonización de estas bandas en la tarde/noche es el desvanecimiento o fading (en inglés) o lo que es lo mismo, la bajada de la señal de forma más o menos regular para volver a subir después. Todo ello debido a la inestabilidad de la capa E. Finalmente, otro aspecto que hay que tener en cuenta para la práctica del DX en estas bandas es que si se pretende sintonizar una emisora de un país, en el nuestro y el país de origen de la emisora, debe ser de noche. Por ello, es normal la sintonización de emisoras europeas o norteafricanas, si bien son más bien escasas las norteamericanas y, por no decir imposibles, las de los países que se encuentras en el hemisferio sur o en el Asia o el Pacífico. Radiodifusión Desde principios de la radio (ya en los años 20), las ondas en estas frecuencias se utilizan para la radiodifusión en AM debido a la facilidad con que atraviesan obstáculos y a la relativa sencillez de los equipos de aquella época. En efecto, la estabilidad de los osciladores comienza a plantear serios problemas a partir de los 10 MHz. Por otro lado, en aquellos años las radios a válvulas termoiónicas tenían grandes capacidades parásitas, lo que les impedía utilizar frecuencias más altas. Las ondas medias fueron progresivamente cayendo en desuso con la llegada de la FM, que por necesitar mucho ancho de banda, fue alojada en la región VHF. Las emisoras de Onda media suelen albergar contenidos de noticias o información que no requieren excesiva fidelidad del sonido, mientras que las estaciones especializadas en la retransmisión de música se hallan en la FM de VHF. Actualmente, las frecuencias en ondas medias están siendo progresivamente reutilizadas para poder transportar audio digital (DRM). Por ejemplo, Radio France obtuvo en Francia, a partir de 2005, varias frecuencias en onda media que progresivamente están siendo transformadas en emisoras DRM. Poco después, Radio Nacional de España inició sus emisiones experimentales DRM desde su estación emisora de Arganda del Rey al sureste de Madrid, en la frecuencia de 1359 kilohercios.1 En América la separación de canales va de 10 en 10 kHz, y está autorizado el uso de la radiodifusión comercial desde 530, 540, 550, ... y así sucesivamente hasta la frecuencia de 1690, 1700 y 1710 kilohercios. Algunos países situados entre el trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio están autorizados a instalar servicios de radiodifusión en la banda de 2300 a 2498 kHz, que - aunque en la mayor parte de receptores de consumo masivo se incluye entre las de onda corta - físicamente pertenece a la Onda media por hallarse por debajo de los 3000 kHz.

Antenas de ferrita

Módulo de antena de ferrita con amplificador de señal.

Una peculiaridad de la radiodifusión en Onda media suele ser la presencia en el interior de los aparatos receptores de una barra, de entre 4 y 20 centímetros de longitud, compuesta de Ferrita y alrededor de la cual van enrolladas varias espiras de cable muy fino. Esto da a los aparatos un carácter altamente direccional, que permite al oyente colocarlos de la manera óptima para la escucha con la barra perpendicular al lugar de procedencia de la emisión.

ANTENAS Las antenas tienen relación con las longitudes de onda. Y la longitud de onda, como se sabe es inversamente proporcional a la frecuencia. Es decir, las antenas

para estas bandas han de ser muy, pero que muy grandes o, mejor dicho: muy largas. Las antenas que hay en los receptores normales o musiqueros, las llamadas ferritas consiste en una barra de ferrita en la que se ha arrollado un largo hilo. Estas antenas son buenas, pero no dan unos resultados espectaculares. Esta antena es directiva, es decir si se gira el aparato, apreciaremos que el receptor es más sensible a las emisoras situadas de forma tangencial a la antena. Otras antenas, son las de cuadro. Son unos ingenios de una proporciones manejables consistentes en un cuadro, de medio a un metros de lado, hecho con material aislante sobre el que se arrolla un hilo y a cuyo extremo se suele colocar un amplificador u acoplador. Al igual que la anterior antena, ésta también es altamente directiva. Por último, las antenas de hilo largo denominadas en inglés longwire que no consiste más que en un largo hilo de unos cientos metros, llegando en algunos casos a mil, que se colocan en línea recta orientados a la región de interés. Como es lógico, este tipo de antenas son para aficionados que disfruten de una casa en el campo con mucha extensión de terreno a su disposición. Se conoce que en los países nórdicos hay bastantes radioescuchas que tienen antenas de este tipo, pero en los países latinos es sumamente raro su uso. Obviamente, los resultados con este tipo de antenas son realmente sorprendentes. CÓMO EMPEZAR Lo primero es conocer si nuestro aparato de radio tiene dichas bandas y luego tener la documentación necesaria para conocer las emisoras que operan en dichas bandas. Por ejemplo, como documentación podemos usar el Manual Mundial de Radio y televisión (WRTH, World Radio and TV Handbook) que se puede conseguir en ciertas librerías especializadas. Antes de ponerse a la caza de emisoras deberemos recordar que:  

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Deberemos ponernos a hacer DX a partir de la tarde. No debería de haber cerca ninguna fuente de ruidos de tipo magnético o eléctrico como motores, etc. pues nos harían imposible la sintonización de emisoras débiles. No podremos sintonizar una emisora lejana si en la misma frecuencia emite una local con mucha potencia, excepto que ésta deje de emitir, claro. Esto es especialmente complicado en España, donde una buena cantidad de canales se encuentra ocupados por las emisoras españolas con la excepción de la Onda Larga, en la que aun que España tiene concedidos canales no los usa. Muchas emisoras de estas bandas emiten en cadena, lo que dificulta su identificación, si bien, con la excepción de las emisoras españolas, ésta es relativamente fácil pues casi no varían su frecuencia. Si estamos próximo al mar, las condiciones son más favorables.

DESCRIPCIÓN DE LAS ANTENAS DE RADIODIFUSIÓN PARA ONDAS MEDIAS La banda de onda media es asignada para cobertura regional o incluso local, como puede deducirse de la distribución de las emisoras de onda media alrededor del mundo. La cobertura más fiable es efectuada por la onda terrestre. Por regla general, en ausencia de interferencias y con una emisora de moderada potencia el alcance de la onda terrestre de un transmisor de onda media, expresada en kilómetros es igual numéricamente a su longitud de onda en metros. La mayoría de las antenas transmisoras para la onda media, son simples mástiles verticales en cuarto de onda (λ/4), el otro cuarto de onda lo hace el plano de tierra y el diagrama resultante de cobertura es aproximadamente circular si el terreno no presenta irregularidades. Durante las horas del día la propagación en onda media es limitada a la propagación de la onda terrestre, ya que la onda ionosférica es absorbida por varias capas ionosféricas de baja altitud (60-100 kilómetros). Después de la puesta del Sol, dichas capas se disuelven bastante rápidamente y la absorción se reduce con celeridad, por lo tanto la propagación ionosférica de las señales en la banda de onda media hace que se propaguen mucho más lejos.

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Para la onda media “corta” (1.200-1.700 kHz) una cobertura durante las horas nocturnas de 1.000 kilómetros aproximadamente.

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Para la onda media “intermedia” (700-1.200 kHz) una cobertura durante las horas nocturnas de 800 kilómetros aproximadamente.

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Para la onda media “larga” (530-700kHz) una cobertura de onda ionosférica más bien despreciable.

DIAGRAMAS O PATRONES DE RADIACIÓN Los patrones o diagramas de radiación describen la intensidad relativa del campo radiado en varias direcciones desde la antena a una distancia constante. El patrón de radiación es también de recepción, porque describe las propiedades de recepción de la antena. El patrón de radiación es tridimensional, pero generalmente las mediciones de los mismos son una porción bi-dimensional del patrón, en el plano horizontal o vertical. Estas mediciones son presentadas en coordenadas rectangulares o en coordenadas polares. La siguiente figura muestra el diagrama de radiación en coordenadas rectangulares de una antena Yagi de diez elementos. El detalle es bueno pero se hace difícil visualizar el comportamiento de la antena en diferentes direcciones.

En los sistemas de coordenadas polares, los puntos se obtienen por una proyección a lo largo de un eje que rota (radio) en la intersección con uno de varios círculos concéntricos. El siguiente es un diagrama de radiación en coordenadas polares de la misma antena Yagi de diez elementos. Los sistemas de coordenadas polares pueden dividirse en dos clases: lineales y logarítmicos. En el sistema de coordenadas polares lineal, los círculos concéntricos están uniformemente espaciados y graduados. La retícula resultante puede ser utilizada para preparar un diagrama lineal de la potencia contenida en la señal. Para facilitar la comparación, los círculos concéntricos equiespaciados pueden reemplazarse por círculos ubicados adecuadamente, representando la respuesta en decibeles, con 0 dB correspondiendo al círculo más externo. En este tipo de gráficas los lóbulos menores se suprimen. Los lóbulos con picos menores de 15 dB debajo del lóbulo principal desaparecen por su pequeño tamaño. Esta retícula mejora la presentación de las características de antenas con alta directividad y lóbulos menores pequeños. En un sistema de coordenadas lineales, se puede trazar el voltaje de la señal en lugar de la potencia, En este caso también, se enfatiza la directividad y desenfatizan los lóbulos menores, pero no en el mismo grado que en la retícula lineal de potencia.

En el sistema de coordenadas polares logarítmico, las líneas concéntricas de la retícula son espaciadas periódicamente de acuerdo con el logaritmo de voltaje de la señal. Se pueden usar diferentes valores para la constante logarítmica de periodicidad, y esta elección va a tener un efecto en la apariencia de los diagramas trazados. Generalmente se utiliza la referencia 0 dB para el extremo externo de la gráfica. Con este tipo de retícula, los lóbulos que están 30 o 40 dB por debajo del lóbulo principal aún pueden distinguirse. El espacio entre los puntos a 0 dB y a -3 dB es mayor que el espacio entre -20 dB y -23 dB, el cual es mayor que el espacio entre -50 dB y -53 dB. Por lo tanto el espacio corresponde a la significancia relativa de dichos cambios en el desempeño de la antena. Una escala logarítmica modificada enfatiza la forma del haz mayor mientras comprime los lóbulos laterales de muy bajo nivel (