Universidad Nacional Del Callao

Facultad de Ingeniera Elctrica y ElectrnicaEscuela Profesional de Ingeniera Electrnica

Curso: AntenasTema: Antenas para radiodifusin sonora en AMProfesor:Ing. Vallejos, JaimeAlumnos:-Espinoza Pimentel, Alexander-Felipe Yallico, Joy-Flores Aroni , Juan-Servan Fernndez, Marlon-Paredes Acha, Christian-Zapana De la Cruz, Neil BELLAVISTA -- CALLAO2015-A Introduccin

El espectro radioelctrico atribuido a la radiodifusin sonora es un recurso natural limitado, que debe administrarse eficientemente. Para tal propsito es necesario contar con una adecuada planificacin de dicho recurso y con normas tcnicas que regulen su utilizacin, as como tambin con los mecanismos de control y supervisin que garanticen la operacin de las estaciones, sin causar o recibir interferencias objetables.

La utilizacin eficaz del espectro en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas exige la utilizacin de antenas omnidireccionales y directivas cuyas caractersticas y calidad de funcionamiento deben conocerse con la mayor precisin posible. Por consiguiente, en sus actividades de planificacin nacional y de coordinacin internacional los ingenieros deben disponer de un mtodo unificado para evaluar la ganancia de las antenas y el diagrama de radiacin de las mismas. Anteriormente, el exCCIR respondi a este requisito elaborando Manuales sobre Diagramas de Antenas (ediciones de 1963, 1978 y 1984), donde se incluan representacin grficas de los diagramas de radiacin de algunos de los tipos de antenas ms utilizados en las bandas de ondas hectomtricas y decamtricas. Para mayor sencillez, los diagramas se calcularon suponiendo una distribucin de corriente sinusoidal y utilizando los medios informticos disponibles en esas fechas. Actualmente, las modernas teoras sobre antenas y las poderosas herramientas informticas con que se cuenta permiten al ingeniero de planificacin determinar las caractersticas de las antenas con una precisin muy superior y llevar a cabo los clculos pertinentes en ordenadores de bajo coste.En un prximo futuro est prevista la aplicacin de tcnicas digitales a la radiodifusin sonora en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas y el UIT-R ya est realizando los estudios correspondientes. Las ventajas de tales tcnicas combinadas con las caractersticas de propagacin en esas bandas en comparacin con la radiodifusin en las bandas de ondas mtricas (tales como zonas de cobertura mayores, recepcin ms estable en condiciones mviles, etc.) har que los nuevos servicios sean no slo ms eficaces desde el punto de vista de la utilizacin del espectro sino tambin ms atractivos desde el punto de vista econmico. No obstante, la introduccin de tcnicas digitales en la radiodifusin en ondas kilomtricas y hectomtricas pondr en evidencia la necesidad de utilizar herramientas de planificacin avanzadas, tales como el clculo de los diagramas de antena, que debern estar disponibles para las futuras conferencias de planificacin as como para evaluar con mayor precisin la calidad de funcionamiento de los sistemas de transmisin existentes. La presente Recomendacin se ha elaborado para responder a su debido tiempo a tales requisitos proporcionando, como en el caso de las RecomendacionesUIT-R BS.705 y UIT-R BS.1195 similares, los programas informticos asociados que deben emplearse para realizar los clculos correspondientes.

Esquemas de diseo

Diseo de modular en AM

Descripcin en bloques del sistema AM

a) Diagrama esquemtico del oscilador

b) Diagrama esquemtico del preamplificador y filtro.

Esquema de la etapa de salida.

Diagrama de radiacin

Un diagrama de radiacin es una representacin grfica de las propiedades de radiacin de la antena en funcin de las diferentes direcciones del espacio (sistema de coordenadas esfrico) a una distancia fija. Con la antena situada en el origen y manteniendo constante la distancia, expresa el campo elctrico en funcin de las variables angularesy . El diagrama de radiacin cobra relevancia en la zona de campo lejano, es decir, en la zona donde la forma del diagrama es invariante en funcin de la distancia.Como el campo magntico se deriva directamente del campo elctrico, la representacin podra realizarse a partir de cualquiera de los dos, siendo norma habitual que los diagramas se refieran al campo elctrico.En campo lejano, la densidad de potencia es proporcional al cuadrado del mdulo del campo elctrico, algo que hace que la representacin grfica de un diagrama de potencia contenga la misma informacin que un diagrama de radiacin de campo.

Diagrama de radiacin 3D. Plano E.

En antenas linealmente polarizadas se definen los planos E y H:Plano E: formado por la direccin de mxima radiacin y el campo elctrico en esta direccin.Plano H: formado por la direccin de mxima radiacin y el campo magntico en esta direccin.Ambos planos son perpendiculares (en campo lejano, el campo elctrico y el magntico se comportan como una onda plana, son perpendiculares) y su interseccin determina una lnea que define la direccin de mxima radiacin de la antena.El diagrama de radiacin de una antena suele representarse mediante cortes extrados del diagrama tridimensional para una constante y/o una constante (planos principales). Estos cortes se pueden representar en coordenadas polares o cartesianas.

Diagrama de radiacin en coordenadas cartesianas y polaresEl campo se puede representar de forma absoluta o relativa (normalizando el valor mximo a la unidad). Tambin es bastante habitual la representacin del diagrama en escala logartmica. Un diagrama relativo logartmico tiene el mximo en 0 dB y el resto de direcciones del espacio con dB negativos. Cuando la escala es logartmica, los diagramas de campo y de potencia son idnticos.

Algunas definiciones relacionadas con el diagrama de radiacin:

Lbulo principal: zona en la que la radiacin es mxima.Lbulos laterales: zona que rodea los mximos de menor amplitud.Lbulo secundario: lbulo lateral de mayor amplitudLbulo posterior: zona diametralmente opuesta al lbulo principal.Ancho de haz a mitad de potencia (-3dB): separacin angular de las direcciones en las que el diagrama de radiacin de potencia toma el valor mitad del mximo. En campo elctrico en 0'707 del mximo.Ancho de haz entre ceros (Z): separacin angular en las direcciones del espacio en las cuales el lbulo principal toma un valor nulo.Relacin delante-detrs (D/D): cociente entre el lbulo principal y el lbulo posterior [dB].Relacin lbulo principal a secundario (NLPS): cociente entre el lbulo principal y el lbulo secundario, que suele ser adyacente al lbulo principal [dB].Generalmente se encuentra el acrnimo NLPS como SLL del ingls Side Lobe Level.

Parmetros del diagrama de radiacin.

Los rayos procedentes de las diferentes partes de una antena llegan al campo lejano con diferente magnitud y fase a causa de las variaciones de corriente sobre la estructura del elemento radiante. La interferencia de estos rayos en las diferentes direcciones del espacio puede ser constructiva o destructiva, de aqu que aparezcan zonas donde la radiacin es mayor y otros donde es menor (lbulos).Un radiador isotrpico se define como una hipottica antena sin prdidas que radia de la misma manera en todas direcciones. Se adopta este modelo de radiacin como referencia para expresar la directividad de otras antenas. La potencia radiada por una antena isotrpica es:

Una antena direccional tiene la propiedad de radiar o recibir ondas electromagnticas de manera ms eficiente en unas direcciones que en otras. Si un diagrama de radiacin presenta simetra de revolucin en torno a un eje, se dice que la antena es omnidireccional: toda la informacin contenida en el diagrama tridimensional puede representarse en un nico corte que contenga el eje.

Diagrama de radiacin omnidireccional (izquierda) y directivo (derecha).

Un parmetro que se utiliza para juzgar la eficiencia del haz (beam efficiency), que es la relacin entre la potencia transmitida dentro de un cono de ngulo 1 y la potencia total transmitida por la antena:

Directividad

La directividad de una antena se define como la relacin entre la densidad de potencia radiada en una direccin, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiara a esta misma distancia una antena isotrpica que radiase la misma potencia que la antena transmisora.De manera grfica, podemos decir que si una antena es muy directiva, es capaz de concentrar la potencia que radia (o recibe) en una determinada direccin. Por ejemplo, una antena tipo reflector parablico para observacin astronmica tiene mucha directividad (50dB). Esto le permite apuntar en una determinada direccin para recibir la seal y no recibir otras direcciones. Otro ejemplo: interesa que una antena de radiodifusin FM sea poco direccional ya que tiene que intentar distribuir la potencia en muchas direcciones. Las antenas de televisin que encontramos en los edificios, denominadas Yagi-Uda y que estudiaremos, pueden ponderar la energa procedente de una determinada direccin (donde se encuentra la fuente que radia) y no recibir la de otras.

Directividad: la radiacin isotrpica (D=1, mnima directividad posible) se utiliza como referencia. Una antena con una directividad superior a la isotrpica radiar ms potencia en la direccin del mximo, en detrimento de otras direcciones, donde radiar menos.

Si no se especifica la direccin angular, se sobreentiende que la directividad se refierea la direccin de mxima radiacin:Si una antena es muy directiva, es capaz de concentrar la potencia que radia (orecibe) en una determinada direccin.Como puede observarse en las ecuaciones anteriores, la directividad puede obtenersea partir del conocimiento del diagrama de radiacin de la antena. Si se define eldiagrama de radiacin normalizado mediante:

La expresin de la directividad puede escribirse de la forma:

donde e se define como ngulo slido equivalente:

El ngulo slido equivalente de una antena que radia una potencia total (Pr) con unadensidad de potencia ((,) ) es el ngulo slido que cubrira una antena ficticia queradiase la misma potencia Pr uniformemente para todos los ngulos de ste y con unadensidad de potencia igual a Kmax.

Para antenas con un lbulo principal estrecho y lbulos laterales negligibles, e es prcticamente igual al producto de los anchos de eje a mitad de potencia de los dosplanos perpendiculares (planos E y H en caso de polarizacin lineal):

Si el diagrama de radiacin tiene simetra de revolucin, los anchos de eje a mitad depotencia son iguales en los dos planos perpendiculares; por lo tanto:

La ecuacin anterior es una aproximacin para el clculo de la directividad, teniendoen cuenta que el diagrama de radiacin tiene un lbulo principal y posibles lbuloslaterales completamente negligibles. Para un modelo de radiacin con dos lbulosprincipales idnticos, el valor de la directividad que se obtiene utilizando esta ecuacin,sera dos veces el valor actual. Para modelos con lbulos laterales significantes, ladirectividad tambin sera superior a la real.A continuacin se compara el valor de la directividad de una antena obtenida a partirde las expresiones exacta y aproximada. La antena tiene un nico lbulo de radiacindado por t(,) . Cuanto mayor es el exponente n, msdirectivo es el diagrama de radiacin y menor es la diferencia entre las directividades(real y aproximada). Puede considerarse que la expresin aproximada para el clculode la directividad es vlida para valores superiores a 10 dB

Comparacin entre directividad exacta y aproximada en funcin de la directividad del diagrama. Podemos considerar que la expresin aproximada es vlida para D> 10dB.Nota adicional de inters:Fsicamente es posible conseguir una antena con una directividad D=1, es decir, que el diagrama de radiacin es una esfera perfecta.

Ganancia

Como se ha demostrado en el apartado anterior, la directividad es una magnitud que describe slo propiedades de direccionalidad de la antena, y depende nicamente del patrn de radiacin. Otro parmetro importante que est directamente relacionado con la directividad es la ganancia de la antena.Es importante subrayar que tanto la directividad como la ganancia son funciones que dependen de las coordenadas esfricas y . Solemos referirnos a directividad y ganancia mxima cuando no es ms que el mximo de la funcin.

Su definicin es similar, pero la comparacin no se establece con la potencia radiada, si no con la potencia entregada a la antena. La ganancia pone de manifiesto el hecho de que una antena real no radia toda la potencia que se le suministra, si no que parte de sta se disipa en forma de calor (R). Por lo tanto, la ganancia y la directividadestn relacionadas por la eficiencia de la antena:

Ganancia y directividad en las terminales de la antena.

No debe confundirse este concepto de ganancia con el que solemos trabajar en el caso de amplificadores. La antena es un dispositivo pasivo y, por lo tanto, no amplifica la seal. Si el generador le entrega 1 W de potencia, la antena radiar 1 W en el mejor de los casos (eficiencia 100%). Si este 1 W se distribuye de manera igual en el espacio, la antena tendr una directividad de D=1 y G=1 (si la eficiencia es del 100%).Veamos un ejemplo sencillo utilizando trminos acsticos: al hablar podemos llegar a comunicarnos con una persona a una determinada distancia. Si repetimos el caso hablando con la misma intensidad pero ayudndonos con las manos para focalizar la voz, el remitente percibir una seal ms fuerte. En este caso, hemos aumentado la directividad y la ganancia de la fuente.

Polarizacin

La polarizacin de una antena en una direccin dada se define como la polarizacin de la onda radiada cuando sta se encuentra excitada. La polarizacin generalmente se define en la direccin en la que la antena radia el mximo de potencia, ya que los enlaces se disean para que sean eficientes en la direccin de mxima radiacin. La polarizacin de la onda radiada vara con la direccin respecto al centro de la antena, por lo que diferentes partes del diagrama de radiacin pueden tener diferentes polarizaciones.

En cada punto del espacio existe un vector de campo elctrico Er ,t ; funcin de la posicin y el tiempo. La polarizacin de una onda es la figura geomtrica descrita, con el paso del tiempo, por el extremo del vector de campo elctrico en un punto del espacio en el plano perpendicular a la direccin de propagacin.

Onda polarizada verticalmenteLa figura izquierda representa una onda plana formada por los campos elctrico (slido) y magntico (puntos) perpendiculares al sentido de propagacin (z).sta sera una fotografa en tres dimensiones de la onda plana en un determinado instante de tiempo. A medida que el tiempo progresa (derecha), el campo elctrico (Ex) en un punto fijo oscila hacia arriba y hacia abajo a lo largo de una lnea vertical. En este plano ortogonal al sentido de propagacin se pone de manifiesto la trayectoria que describe el vector de campo elctrico con el transcurso del tiempo.ste ha sido un ejemplo de polarizacin lineal pero, en general, la figura que describe el campo elctrico es una elipse, por lo tanto, se dice que el campo se encuentra polarizado elpticamente. Otras polarizaciones como la lineal y la circular no son ms que casos particulares de la polarizacin elptica

Polarizacin lineal, circular y elptica.El sentido de giro de campo elctrico, tanto en polarizacin circular como elptica, es hacia la derecha cuando la onda se aleja del observador, rota el campo en el sentido de las agujas del reloj, y hacia la izquierda si el sentido es contrario.Uso de fasores

Antes de analizar los tres tipos de polarizacin (lineal, circular y elptica), hay que tener presente la notacin fasorial de una magnitud vectorial como es el campo elctrico.Expresin instantnea de una cantidad escalar:

E(t): campo elctrico Eo: amplitud camp elctrico : frecuencia angular [rad/s] :ngulo de fase respecto de la funcin coseno.Se ha tomado la funcin coseno como referencia, pero podra haber sido la funcinSenoFasor de una magnitud escalar:

Por lo tanto, el trmino es la expresin fasorial de la corriente. El fasor contiene informacin de amplitud y fase, pero es independiente del tiempo (t).Expresin instantnea de una magnitud vectorial:

Si se supone una onda plana que se propaga en direccin z y slo tiene campo definido en x :

Onda plana que se propaga en la direccin z

Fasor de una magnitud vectorial:

Trminos de las expresiones vectoriales temporal y fasorial:Temporal: Fasorial:Eo: amplitud del campo

Polarizacin lineal

Polarizacin lineal

En esta expresin, ambos componentes se encuentran en fase con la funcin de referencia coseno, pero se podra tener una expresin ms general como la siguiente:

Para que la onda tenga polarizacin lineal, la diferencia de fase entre los dos componentes tiene que ser:

Ejemplo de polarizacin lineal con los dos componentes desfasados radianes:

Polarizacin lineal con componentes desfasadas radianesPolarizacin circular

La relacin espacio-tiempo en una polarizacin circular es difcil de apreciar. La figura muestra una vista en perspectiva de una onda polarizada circularmente hacia la izquierda. En la parte de arriba se muestra la secuencia espacial de los vectores de campo en un determinado instante de tiempo. La propagacin de las seales es z+.En la misma figura puede observarse la trayectoria que describe el campo elctrico en un plano perpendicular al sentido de propagacin con el paso del tiempo. Se dice que esta onda est polarizada a izquierdas porque a medida que la onda se aleja del observador, el campo gira en sentido contrario al de las agujas del reloj.

Polarizacin circular

Polarizacin a DERECHAS (DEXTRGIRA)

La onda gira en sentido de las agujas del reloj (CW: clockwise) cuando se aleja del observador.

Polarizacin circular a derechas (dextrgira)

Polarizacin a IZQUIERDAS (LEVGIRA)

La onda gira en sentido contrario al de las agujas del reloj (CCW: counterclockwise) cuando se aleja del observador.

Polarizacin circular a izquierdas (levgira)

Polarizacin elptica

La polarizacin elptica se da cuando:La diferencia de fase entre los dos componentes de campo ortogonales es mltiplo impar de y las amplitudes son diferentes:

La diferencia de fase entre los dos componentes no es igual a mltiplos de :

La figura descrita ms habitual de una polarizacin elptica en el plano perpendicular alsentido de propagacin es el de una elipse con tilt (inclinacin):

Polarizacion eliptica

La inclinacin de la elipse, relativa al eje y, se representa mediante el ngulo , y da:

Conversin de polarizaciones

Cualquier onda puede descompasarse en dos polarizaciones lineales ortogonales, oen dos ondas polarizadas circularmente, una a izquierdas y la otra a derechas.

Conversin de ELPTICA a CIRCULAR

Conversin de polarizacin: de elptica a circular

El sentido de giro de la polarizacin circular predominante es el mismo que el de laelipse.

En general, una onda polarizada elpticamente con unos ejes no alineados con los decoordenadas se escribe como:

Esta onda elptica puede descomponerse como la suma de dos ondas circulares, unaa derechas (CW) y la otra a izquierdas (CCW):

A y B son, en general, nmeros complejos. Igualando ambas expresiones:

Conversin de LINEAL a CIRCULARUna onda polarizada linealmente que se propaga en z>0 es puede escribirse de la siguiente forma:

Aplicaciones:

Tipos de servicios de Radiodifusin Sonora en Amplitud Modulada (AM). Atendiendo a las bandas de frecuencias de operacin, el servicio de Radiodifusin Sonora de Amplitud Modulada (AM) se divide en: (a) Servicio de radiodifusin por ondas hectomtricas u ondas medias, con banda de frecuencias de operacin comprendida entre 535 a 1,705 KHz. (b) Servicio de radiodifusin por ondas decamtricas u ondas cortas, con las bandas de frecuencias de operacin comprendidas entre 5,900 a 26,100 KHz, segn lo establece el PNAF. (c) Servicio de radiodifusin en la zona tropical, con las bandas de frecuencias de operacin comprendidas entre 2,300 a 5,060 KHz, segn lo establece el PNAF.

RADIODIFUSIN SONORAOM

1540CRP MEDIOS Y ENTRETENIMIENTO S.A.C.OBX-4EAUTORIZADO

2560LA VOZ DEL ORIENTE S.R.L.OBZ-4LAUTORIZADO

3580ASOCIACION RADIO MARIAOAX-4MAUTORIZADO

4600

5620RADIODIFUSORA DEL SUR S.R.L.OBU-4BAUTORIZADO

6640ASOCIACION CULTURAL ONDAS DEL PERU S.A.C.OAZ-4KAUTORIZADO

7660RADIO Y TELEVISION OMEGA S.A.OCX-4RAUTORIZADO

8680RADIO TIGRE S.A.C.OBX-4AAUTORIZADO

9700RADIO AEROPUERTO S.A.C.OBZ-4HAUTORIZADO

10730GRUPORPP S.A.C.OAX-4GAUTORIZADO

RADIODIFUSIN SONORAOCT13240COMPAIA RADIODIFUSORA PERUANA S.A.OBX-4UAUTORIZADO

43320RADIODIFUSORA DEL SUR S.R.L.OBZ-4ICANCELACION (IMPUGNACION)

84770CRP MEDIOS Y ENTRETENIMIENTO S.A.C.OCX-4WAUTORIZADO

104845INSTITUTO NACIONAL DE RADIO Y TELEVISION DEL PERU - IRTPOAW-4DRESERVADO

114880PARRAGA JIMENEZ JESUSOAW-4YAUTORIZADO

124915COMPAIA RADIOFONICA LIMA S.A.OAZ-4NAUTORIZADO

144975ASOCIACION CULTURAL ONDAS DEL PERU S.A.C.OAZ-4XAUTORIZADO

Ondas kilomtricas

Se propagan principalmente muy a baja altitud, por onda de suelo. Su gran longitud de onda permite el rodeo de los obstculos. Para una misma distancia del emisor, el nivel de la seal recibida es muy estable. Este nivel disminuye tanto ms rpidamente cuanto ms se eleve la frecuencia. Las ondas de frecuencia muy baja penetran un poco bajo la superficie del suelo o el mar, lo que permite comunicar con submarinos en inmersin. Aplicaciones corrientes: radiodifusin sobre Grandes Ondas (Francia-Inter, RTL...), difusin de las seales horarias (relojes de radiocontroladores)... La potencia de estos emisores es enorme: a menudo varios megavatios para obtener un alcance que puede llegar hasta 1000 km .

Ondas hectomtricas

Las estaciones de radiodifusin sobre la banda de las Pequeas Ondas (entre 600 y 1500 kHz) tienen potencias que pueden llegar hasta varios centenares de kilovatios. Apenas utilizan la onda de suelo para cubrir una zona que no sobrepasa una regin francesa pero se benefician despus de la puesta del sol de los fenmenos de propagacin ionosfrica

La Radiodifusin Pblica: una Herramienta Importante en el Desarrollo Nacional

La Radiodifusin puede ayudar a este proceso, sobre todo la Radiodifusin sonora en Onda Media (OM o AM), uno de los ms antiguos medios de comunicacin, que ha funcionado adecuadamente en todo momento: En festividades, para anuncios de inters pblico y en desastres naturales. Cabe mencionar que la radio AM tiene ms cobertura y muchas veces ms audiencia que la Radio FM y la Televisin. Es necesario recordar que cuando se escucha radio, no se necesita interrumpir lo que se est haciendo, todo lo contrario a lo que ocurre cuando se ve televisin.La tecnologa digital le ha dado a la radio un nuevo impulso, las seales de radio AM y la de frecuencia Modulada (FM), al igual que las seales de televisin, al ser digitalizadas son ms fciles de manipular, almacenar y distribuir. Estas facilidades han originado que adems de la seal abierta, la radio actualmente tambin pueda utilizar otras redes de comunicacin, tales como: telefona mvil, internet, cable y redes de comunicacin IT. Como consecuencia se puede acceder a la seal de radio AM digital, a travs de modernos dispositivos electrnicos porttiles como: Laptops, Iphones, computadoras y Receptores porttiles digitales.Con referencia al medio de difusin ms adecuado para los pueblos ms alejados, el ms econmico y prctico sigue siendo la seal abierta. En cambio La telefona mvil, el internet, el cable y las redes IT (Tecnologa de la Informacin) se utilizan mucho en las grandes ciudades porque ya tienen la infraestructura que necesitan, si se deseara utilizar estos medios en poblados muy alejados de las grandes urbes, seran muy costosos.

Detector de AMLa deteccin de las seales deradio AMes unaaplicacin de diodo.

La onda portadora de AM ya modulada se recibe en la antena del receptor de radio, y se rectifica por la accin de un diodo detector. Luego, la seal rectificada pasa a travs de unfiltro paso bajo, cuya constante de tiempo es demasiado larga para responder a las altas frecuencias de la onda portadora de AM. Las portadoras de AM estn en el rango de 600 a 1400 kHz. La frecuencia de la seal que modula es mucho mas baja, de 0,02 a 5 kHz, y puede pasar a travs de filtro.El detector de AM que se muestra aqu, sera adecuado para captar solamente una estacin de radio AM, la elegida con los valores de loscondensadoreseinductancias. Una radio AM prctica utiliza un proceso llamadoheterodinopara desplazar la frecuencia portadora de cada estacin de radio a una frecuencia simple llamada Frecuencia Intermedia IF, de modo que se pueda usar un simple circuito sofisticado de deteccin AM, para recibir todas las estaciones de radio AMl.