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Guía de Estudio U2: Antenas y Propagación

Actividad 3: Guía de Estudio Antenas y Propagación. Unidad de Aprendizaje 2 Antenas y Propagación.

I.

Aprendizaje Esperado Conecta componentes para establecer un enlace inalámbrico, considerando el comportamiento de las antenas y los factores que afectan la propagación de energía electromagnética.

II.

Presentación

El diseño y análisis de radioenlaces supone un adecuado dimensionamiento de las capacidades de equipos y antenas, habida consideración de la distancia, la frecuencia de operación, el tipo de terreno, clima y otras consideraciones importantes del entorno geográfico. Los fenómenos de propagación afectan en forma diferente los radioenlaces, siendo la atenuación uno de los factores más importantes, por cuanto limita su alcance. Para ello existen distintas herramientas, basadas en algoritmos y modelos matemáticos, que permiten hacer buenas estimaciones de estas pérdidas y establecer mediante métodos predictivos la factibilidad técnica de un radioenlace. La presente Guía de Estudio nos entrega un conjunto de preguntas en la modalidad de cuestionario y otro set de ejercicios en donde se requiere realizar cálculos, en distintos grados de complejidad, relacionados con análisis y diseño de Radioenlaces, con énfasis en los aprendizajes sobre Antenas y Propagación.

Instrucciones

Los estudiantes, de forma individual o grupal, realizan Guía de Estudio, que contempla: Desarrollo de cuestionario y Resolución de problemas Se sugiere formar equipos de trabajo para abordar esta actividad. Se pueden asignar roles y responsabilidades distintas en el equipo de trabajo para una mayor efectividad en los resultados. La Guía de Estudio, contempla: Desarrollo de un cuestionario, ejercicios de cálculo y resolución de problemas.

Sugerencias para el desarrollo de esta guía. 

  

Analice detenidamente el planteamiento de la pregunta, el problema o ejercicio propuesto. Identifique con precisión la variable que se pide calcular Escriba el o los conceptos teóricos asociados a cada ítem. Identifique las variables aportadas como dato en cada uno de los ejercicios. Escriba la(s) fórmula o ecuación(es) que utilizará en la solución de cada ejercicio.

1

 

Realice paso a paso y en forma ordenada los cálculos correspondientes. Analice los resultados y concluya brevemente según corresponda.

III. Objetivos de esta guía de estudio  

Identificar y Analizar características técnicas de distintos tipos de antenas Identificar los distintos fenómenos de propagación que se deben considerar en el análisis y diseño de Radioenlaces Analizar como afectan las condiciones de instalación, tipo de terreno, clima y otros factores en la propagación y factibilidad técnica de un radioenlace. Realizar el cálculo de un radioenlace.

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IV. Desarrollo Cuestionario: Conteste brevemente las siguientes preguntas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

¿Qué organismo es el encargado de la administración del espectro radioeléctrico en Chile? ¿Qué es el campo electromagnético? ¿Cuál es una OEM? ¿Qué es una antena? ¿Qué es una antena isotrópica? ¿Qué es una antena dipolo y Cómo se obtiene? ¿Qué es una antena Yagi y cuáles son sus componentes? ¿Qué es una antena omnidireccional? ¿Qué es una antena parabólica? ¿Qué es EIRP (PIRE)? ¿Qué es la ganancia de una antena? ¿Qué relación tiene la frecuencia con las dimensiones físicas de una antena? ¿Qué ocurre cuando las dimensiones físicas no están relacionadas con la longitud de onda? ¿Qué longitud deberá tener el dipolo de una antena para recibir el canal 13 de televisión abierta? 15. ¿Qué representan las magnitudes expresadas en dBi y dBd? 16. ¿Qué es el patrón de radiación? 17. ¿Qué representan las siguientes figuras?

18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28.

¿Qué es el lóbulo principal en el patrón de radiación? ¿Qué es la polarización de una antena? ¿A qué frecuencia esta sintonizada una antena cuyo dipolo tiene 15 cm de longitud? ¿Qué longitud tiene una antena monopolo para WIFI? ¿Qué es la impedancia característica de una antena? Cuándo se dice que una antena posee una ganancia de potencia de 10 dBi ¿Qué significa y qué relación tiene con la ganancia directiva? ¿Cómo se define el BW de una antena? ¿Qué función cumple la bobina de carga en una antena? ¿Qué significa que una antena tenga una relación F/A (frente/atrás) de 23 dB? ¿Cuántos elementos debería tener una antena Yagi que presenta un ángulo de abertura de 36°? ¿Cuántos directores debería tener una Yagi para alcanzar una ganancia de 16,07 veces?

Ejercicios de Desarrollo: 1. Dibuje, indicando las dimensiones en cm, una antena Yagi de 4 elementos para sintonizar canal 13 de TV abierta. 2. Construya un cuadro comparativo de distintos tipos de antenas dibujando su estructura principal y sus características (tipo, ganancia, impedancia, directividad, etc.) 3. Indique las principales características de la antena Hyperlink, modelo HG2458CU-NF (rango de frecuencias, ganancia, impedancia, Angulo del lóbulo principal vertical y horizontal, polarización, aplicación) 4. Una antena dipolo vertical se encuentra conectada a un transmisor de 15 Watts mediante un cable coaxial de 25 metros marca Heliax modelo LDF1-50, operando a 3 GHz. Se pide determinar: a. Potencia de entrada y radiada por la antena en Watts y dBm. b. Dimensiones de la antena en cm. c. Densidad de potencia en W/m2 a una distancia de 5 Km y en la dirección de máxima concentración de potencia. d. Potencia isotrópica radiada equivalente.

5. Dibujar el patrón de radiación de un dipolo horizontal y describa las características de la propagación. 6. Una emisora FM requiere irradiar una EIRP máxima de 25 KW en 93.1 MHz utilizando la antena modelo JCPB. Se pide determinar: a. N° de bays necesarios b. Ganancia de antena en dBi c. Potencia del transmisor si se utilizan 60 m de cable LDF5-50a 7. Para el diagrama:

Si la potencia del transmisor es 10 Watts a 1 GHz y se considera que las antenas se encuentran orientadas en la dirección de su máxima concentración de potencia, se pide determinar, en Watts y dBm: a. Potencia de Transmisión b. Potencia Efectiva irradiada c. RSSI 8. Para el diagrama:

Si la potencia del transmisor es 5 Watts a 3 GHz y se considera que las antenas se encuentran orientadas en la dirección de su máxima concentración de potencia, se pide determinar: a. b. c. d.

Ganancia directiva y de potencia de antena transmisora en veces y dB Potencias del transmisor, entrada de antena Tx y radiada en Watts y dBm Perdidas de espacio libre Potencia capturada y en el receptor en Watts y dBm

9. Un sistema de transmisión (Tx, cable, antena) presenta una EIRP = 15 Watts a 3,5 GHz (Wimax). Se pide determinar el alcance máximo en condición de espacio libre si se dispone de una antena con área de captura de 100 cm2 y un receptor con una sensibilidad de – 80 dBm. Considerar un margen de desvanecimiento de 10 dB y 20 m de cable coaxial LDF5-50a en el lado receptor.

10. A partir de lo visto en clases y el material bibliográfico de referencia, describa las especificaciones técnicas de la antena MD-VAR-5b 11. Para el diagrama:

Si la potencia del transmisor es de 10 Watts a 3 GHz y se considera que las antenas se encuentran orientadas en la dirección de su máxima concentración de potencia, se pide determinar: a. b. c. d. e.

Ganancia de potencia de antenas transmisora y receptora en veces y dB Potencias del transmisor, entrada de antena Tx y radiada en Watts y dBm Perdidas de espacio libre Potencia capturada y en el receptor en Watts y dBm Área de captura de la antena receptora

12.

Describir las características de la antena mostrada en la figura

13. 14. 15.

Analice el fenómeno de reflexión en el acoplamiento de la antena al sistema de transmisión de RF Identifique las causas de la reflexión en un sistema de radiocomunicaciones. Describa y defina los parámetros de reflexión asociados a la instalación de una antena: a. Coeficiente de reflexión (ρ) b. VSWR c. RL. ¿Qué valor toman, VSWR y RL si una antena se desconecta del cable coaxial? ¿Qué representa RL = 30 dB?

16. 17.

18.

Una antena presenta un ROE 1,2:1. ¿A qué valor de RL corresponde?

Anexo 1: Plan de frecuencias de canales de televisión abierta y antena yagi

Anexo 2: Datasheet de antenas y cables HGO-3G - Multi Band Base Station Antenna

CFD-300 Coaxial Cable

CFD-400 Coaxial Cable

Anexo 3: Fórmulas y conversión de unidades

Fórmulas de reflexión