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• LUIS MARIO ALDANA DIAZ

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ANTENAS

Cuestiones 2.1

Se desea establecer un enlace a 100 MHz con polarización horizontal entre dos puntos separados 1 km. Suponiendo la aproximación de tierra plana y conductora perfecta, ¿a qué altura colocaría las antenas sobre el suelo para obtener una interferencia constructiva entre la onda directa y la onda reflejada? a) 27 m b) 39 m c) 55 m d) 65 m

2.2

Las pérdidas por difracción debidas a un obstáculo que obstruye la línea de visión directa de un enlace: Aumentan al aumentar la frecuencia. Disminuyen al aumentar la frecuencia. No varían con la frecuencia. Son infinitas.

a) b) c) d) 2.3

Entre una antena transmisora y una receptora, separadas 10 m, se interpone un semiplano equidistante de ambas; su borde está situado a una distancia de 10 cm de la línea de unión entre las dos antenas, obstruyendo la visibilidad. ¿Para qué frecuencia disminuirá más la señal con respecto a la que se recibiría en ausencia del plano? a) 8 GHz b) 4 GHz c) 2 GHz d) 1 GHz

2.4 a) b) c) d)

Para una comunicación a 100 MHz entre dos puntos sin visibilidad directa, separados 100 km y situados sobre una Tierra supuestamente esférica y conductora perfecta, las pérdidas por difracción entre los dos puntos: Disminuyen al disminuir el radio equivalente de la tierra. Disminuyen al aumentar la separación entre los puntos. Aumentan al aumentar la altura del las antenas sobre el suelo. Aumentan al aumentar la frecuencia.

a) b) c) d)

¿Qué afirmación es cierta respecto a la onda de superficie? Presenta variaciones entre el día y la noche. Permite la propagación mas allá del horizonte en las bandas de MF, HF y VHF. La polarización horizontal se atenúa mucho más que la vertical. El campo lejos de la antena es proporcional a la inversa de la distancia.

a) b) c) d)

La atenuación por absorción atmosférica: Es constante con la frecuencia. Siempre es creciente con la frecuencia. Presenta picos de absorción a 22 y 60 GHz. Presenta picos de absorción a 15 y 40 GHz.

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2.5

2.6

2.7

2.8

¿Cuál es el fenómeno meteorológico que produce una mayor atenuación en la señal en la banda de SHF? a) granizo b) nieve c) niebla d) lluvia ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a) La capa D sólo existe de noche y refleja HF.

© Los autores, 2002; © Edicions UPC, 2002.

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PROPAGACIÓN

b) La capa E refleja de noche MF. c) La capa F1 sólo existe de día y refleja HF. d) La capa F2 refleja de noche HF. 2.9

a) b) c) d)

El ángulo de incidencia mínimo de una señal de HF en la ionosfera, para que se refleje: Disminuye si la frecuencia de la señal aumenta. Aumenta si la frecuencia de la señal aumenta. Es independiente de la frecuencia. Las señales de HF siempre se reflejan en la ionosfera.

2.10

El alcance mínimo de una reflexión ionosférica en la capa F2 (altura = 300 km, N= 1012 elec/m3 ) para una frecuencia de 18 MHz es: a) 260 km b) 520 km c) 1.039 km d) 1.560 km

2.11

Para una determinada concentración de iones en la ionosfera y a una altura dada, la distancia mínima de cobertura por reflexión ionosférica (zona de silencio) a) Aumenta con la frecuencia. b) Disminuye con la frecuencia. c) No depende de la frecuencia. d) Depende de la potencia radiada.

2.12

Una emisora de radiodifusión que emite a una frecuencia de 1 MHz es captada por la noche hasta distancias de 1.000 km. ¿Cuál es el fenómeno de propagación? a) Onda de superficie. b) Reflexión ionosférica en capa E. c) Reflexión ionosférica en capa F. d) Difusión troposférica.

2.13

Cuando una onda de frecuencia inferior a 3 MHz se emite hacia la ionosfera, ¿qué fenómeno no se produce nunca? a) Rotación de la polarización. b) Atenuación. c) Absorción. d) Transmisión hacia el espacio exterior.

2.14

¿Cuál es la máxima frecuencia de utilización de una capa de la ionosfera cuya densidad electrónica es de un millón de electrones por centímetro cúbico, para una onda cuyo ángulo de elevación es de 60º? a) 10,4 MHz b) 18 MHz c)18 kHz d) 10,4 kHz

2.15

En 1901 Marconi realizó la primera transmisión radioeléctrica transoceánica utilizando una frecuencia de: a) 0,8 MHz b) 40 MHz c) 80 MHz d) 400 MHz

2.16

Los radioaficionados utilizan en sus comunicaciones satélites en la banda de VHF. ¿Qué polarización utilizaría para optimizar la señal recibida? a) Lineal vertical. b) Lineal horizontal. c) Circular. d) Indistintamente cualquiera de las anteriores.

2.17

¿Qué frecuencia y polarización se utilizarían en una comunicación Tierra-satélite? a) MF, circular. b) SHF, lineal. c) VHF, lineal. d) UHF, lineal.

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ANTENAS

2.18

¿Qué fenómeno permite establecer comunicaciones transoceánicas en C.B. (banda ciudadana: 27 MHz)? a) Difusión troposférica. b) Refracción en la ionosfera. c) Conductos atmosféricos. d) Reflexión en la luna.

2.19

Una señal de OM es captada a 30 km de la emisora. El mecanismo responsable de la propagación es: a) Reflexión ionosférica. b) Refracción troposférica. c) Onda de espacio. d) Onda de superficie.

2.20

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la fuente importante de ruido en cada banda es incorrecta? Ruido atmosférico en 1-10 MHz. Ruido industrial en 10-200 MHz. Ruido cósmico en 100 MHz-1GHz. Absorción molecular de gases atmosféricos en 1-10 GHz.

a) b) c) d)

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PROPAGACIÓN

Problemas 2.1

Un radioenlace de vano 50 km consta de dos antenas idénticas, horizontalmente polarizadas y correctamente alineadas. La directividad de las antenas a la frecuencia de funcionamiento del radioenlace, 10 GHz, está dada por D(θ ) = 100

sen(100π sen θ ) 100π sen θ

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donde θ es el ángulo medido a partir de la trayectoria. a) Obtener la relación señal-ruido en el receptor si la potencia del transmisor es 1 W, el ancho de banda 30 MHz, las pérdidas totales del transmisor y del receptor 20 dB y la temperatura equivalente de ruido 1.000 K. Supónganse las condiciones de propagación del espacio libre. b) ¿Cuál será la atenuación producida por una celda de lluvia de intensidad 25 mm/hora y de extensión 10 km? c) Calcular el efecto que tendrá en el nivel de señal recibida una reflexión en tierra plana, supuesta conductora perfecta, situada en el punto medio de la trayectoria, paralela y por debajo de ella a una distancia: c.1) 10 m c.2) 375 m d) En idéntica posición que en el apartado anterior, ¿qué efecto produciría un obstáculo en forma de filo de navaja que bloqueara la trayectoria y la sobrepasase en 10 m? e) ¿A qué altura mínima habría que situar las antenas sobre tierra, supuesta perfectamente esférica, para que considerando la refracción atmosférica no tuviera que considerarse el bloqueo de la Tierra? 2.2

Se desea realizar un enlace entre dos puntos situados en dos montañas de 1.000 m de altura y distantes 60 km. Las opciones para realizar el enlace son: > En línea directa teniendo en cuenta que a mitad de trayecto se halla un monte de 970 m de altura. > A través de un reflector pasivo equidistante de ambas antenas 40 km. Las antenas están unidas al transmisor y al receptor mediante sendos tramos de guía de ondas. a) Evaluar las pérdidas en el enlace para cada una de las alternativas, considerando la Tierra esférica, refracción estándar, y la figura 2.9. b) Se decide llevar a cabo la primera alternativa. Calcular la relación S/N del enlace. f = 3 GHz D = 34 dB Área del reflector = 10 m2 Lguía = 2 dB Freceptor = 4 dB Greceptor = 35 dB B = 10 MHz Ta = 150 K Tambiente = 290 K PT = 1 W Rtierra = 6.370 km k = 4/3

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ANTENAS

2.3

Para la situación de la figura, en la que existe un medio absorbente (α dB/km) a la temperatura Tm y de grosor D (km), situado entre la antena y una fuente lejana de ruido Tb: a) Obtener la expresión de la temperatura de antena Ta, suponiendo que su radiación está totalmente dirigida hacia la región absorbente y la fuente de ruido. b) La atmósfera se comporta, a frecuencias de microondas, como una capa absorbente. Calcular Ta de una antena apuntando al cielo, para f = 1 y 10 GHz y para los ángulos de elevación ψ = 5º y 90º. Supóngase un modelo de tierra plana, Tb = 2,7 K, Tm = 290 K, α = 0,0004 f2 (GHz) dB/km y D = 4 km.

2.4 a) b)

c) 84

d) e) 2.5

La recepción de una emisora de OM (f = 1 MHz) se realiza durante la noche a través de una reflexión en la capa E de la ionosfera (h = 100 km, N= 2•103 elec/ cm3). Esta reflexión se produce acompañada de una atenuación de 20 dB. Calcular el alcance mínimo, suponiendo un modelo plano. Para prever una buena recepción se exige una relación S/N = 30 dB. Si se utiliza como receptora una antena de ferrita de directividad 1,5, con una eficiencia ηl = 10-5 ( T=300 K, Ta = 1011 K, B = 104 Hz) y como transmisora se emplea una antena de 1,8 dB de ganancia, calcular la potencia radiada necesaria. Con esta potencia radiada, obtener la distancia a la que es posible la recepción mediante onda de superficie, con la misma relación S/N. Considérense los casos de propagación sobre tierra seca y sobre mar. Hasta qué valor podría reducirse la eficiencia de la antena receptora, si se acepta un empeoramiento de 3 dB en la relación S/N. ¿Qué sucedería con esta comunicación durante el día? Los radioaficionados se comunican a grandes distancias en la banda de 27 MHz mediante reflexión ionosférica. Se desean calcular los alcances máximo y mínimo, empleando un modelo de tierra esférica, para que se establezca la comunicación con una relación señal-ruido mejor que 10 dB entre dos equipos iguales, teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS TRANSMISOR

Potencia radiada: 14 W

RECEPTOR

Factor de ruido: 6 dB Ancho de banda de ruido: 4 kHz

LINEA DE TRANSMISIÓN A LA ANTENA

Atenuación: 2 dB Impedancia característica: 75 Ω Relación de onda estacionaria en la línea de transmisión: 1,6

ANTENA

Directividad: 1,64 Eficiencia óhmica: 0,95

CONDICIONES DE PROPAGACIÓN

Temperatura de antena: 2,5·10 5 K Atenuación en la reflexión ionosférica: 12 dB Radio de la Tierra: 6.370 km

© Los autores, 2002; © Edicions UPC, 2002.