asignatura de microondas

1. ESPECIALIZACION PROFESIONAL
TECNICA POR ORIENTACION DE MISILES
(COT 10)
ASIGNATURA
DOCENTE: T1 COT(10) NICOLÁS CUYA MOTTA
MICROONDAS
2014

2. RADARES

3. ANTECEDENTES DURANTE LA SEGUNDA GUERRA
MUNDIAL
• Año 1940, Gran Bretaña se inventó el Magnetrón de cavidades resonantes
a cargo de un equipo de investigación de la Universidad de Birmingham,
dirigido por los físicos BOOT y RANDALL.
• Año 1941, se fabricó el radar a la banda de Ondas Centimétricas, lo que se
mejoró en precisión y permitió la construcción de equipos aptos para ser
instalados en buques y aviones.
• A principios de 1944 se puso en servicio un radar de vigilancia en banda de
3000 MHz.
En la actualidad existe múltiples radares, que trabajan en frecuencia
mucho mayor y además tienen acondicionado un software a fin de hacer
múltiples funciones para ayudar a la navegación.

4. INTRODUCCION A RADARES
• La palabra Radar la introdujo la Marina de los EE.UU. en 1940.
Es la abreviación
Radio Detection And Ranging
Detección de objetos y medida de sus distancias por medio de la radio
• DEFINICION.-
Es un sistema de deteccion de obstáculos y medida de distancias, mediante la
utilización de ondas electromagnéticas. El sistema se basa en que la energía
electromagnética radiada por un transmisor se refleja en los obstáculos que encuentra
a su paso. Mediante la recepción de la energía reflejada y la medida del tiempo
transcurrido entre la emisión y la recepción se puede conocer la distancia a que se
encuentra, respecto del transmisor, el obstáculo que dio lugar a la reflexión o eco.

5. Los sistemas de radar emplean dos tipos básicos de transmisión
de energía: la de pulsación y la de onda continua (CW). El
principio básico del Radar de pulsación es que el transmisor
emite ondas radiales en una serie de pulsaciones cortas,
potentes, y después queda inactivo durante el resto del ciclo.
Durante el período de descanso del transmisor pueden recibir
señales de eco, cuya duración puede determinarse para calcular
la distancia hasta la superficie reflectora.

6. En el radar de onda continua (CW) en cambio, el transmisor
emite una señal más o menos continua, formando el cambio de
la serie ininterrumpida de ondas transmitidas, si encuentra una
superficie inmóvil la frecuencia de la señal reflejada será igual a
la de la señal transmitida; si la superficie esta en movimiento, la
frecuencia del eco reflejado será distinta de la de la señal
transmitida, y la diferencia de frecuencias puede utilizarse como
indicación de movimiento del blanco. En la transmisión de CW es
necesario que se produzca un movimiento, que puede ser del
radar o del blanco, para indicar la presencia del blanco.

7. CLASE DE RADARES
Radares Primarios.-
Este grupo es llamado primario ya que su función es la de detectar e
indicar distancia. Este grupo se puede subdividir en:
• Radares de Pulso.-
Este Radar transmite energía electromagnética durante un
tiempo corto y luego, recepciona los ecos de retorno por un
periodo de tiempo largo, después de esto, el ciclo se repite.
Este radares son utilizados para navegación, búsqueda de
blancos y en radares de seguimiento.

8. FORMA DE ONDA EN UN RADAR
DE PULSOS
Tx 1 Tx 2
Rx

9. Los radares de pulso se pueden dividir en diferentes grupos de
acuerdo a sus parámetros y el uso que se les dé
Uso del Radar
Alcance
Km.
Frec.
GHz

cm.
Largo Alcance 500 1 25
Medio Alcance 200 3 10
Control de Tiro 50 9 3
Navegación 20 9 3
Control de Tráfico áereo 10 40 0.8

10. • Radares de Onda Continua (CW).-
Estos radares transmiten energía continuamente, en algunos
casos ésta energía es modulada (FM). Un Radar de Onda
Continua es utilizado para medir la velocidad de un blanco y los
radares de CW en Frecuencia Modulada son utilizados para
medir alturas o en guiados de misiles.

11. ONDA CONTINUA
MODULADO EN FRECUENCIA (FM)

12. Radares Secundarios.-
En éstos radares no se utilizan las reflexiones. La energía
transmitida es recibida por un receptor en el blanco; en
respuesta a ésta, el blanco transmite energía que a su vez es
recibida por el radar. Esta acción es utilizada en sistemas de IFF
(Identification Friend or Foe) Identificación Amigo o Enemigo.

13. EL RADAR DE PULSOS
El radar de pulso es un dispositivo de transmisión y recepción que
opera generando una serie de pulso sincronizados de Radio
Frecuencia (RF) con el fin de localizar blancos.
RADAR
Tx
Rx

14. La distancia del Radar al blanco se puede calcular a partir de la
siguiente ecuación:
Donde:
C : Velocidad de propagación de las ondas Electromagnéticas
en el espacio 3 x 108 m/seg.
t : Es el tiempo de ida y vuelta del pulso de transmisión en
segundos.
R : Es el alcance o distancia del blanco al radar en metros.
C
R = t
2

15. ESQUEMA BASICO DE UN RADAR A PULSOS
TIMER
SINCRONISMO
MODULADOR
INDICADOR
TX
TR
RECEPTOR
ANTENA
Tx
Rx

16. • TIMER.-
• Sincroniza la pulsación del transmisor con la iniciación del
tiempo básico en la unidad indicadora (PPI). Determina cuando
el transmisor debe transmitir y como las otras funciones del
sistema se relacionan al tiempo de transmisión.
• TRANSMISOR.-
Genera energía de RF en forma de pulsos de alta potencia por
medio de un oscilador (magnetrón) controlado por un
modulador.
• MODULADOR.-
Envía impulsos de alta tensión y potencia al magnetrón.
• TR.-
Se encarga de seleccionar la parte de transmisión de la
recepción con la finalidad de no dañar al receptor durante la
transmision, funciona como un conmutador.

17. • ANTENA.-
Se encarga de irradiar al espacio la RF proveniente del
transmisor y recibe la energía del eco de retorno y la envía al
receptor.
• RECEPTOR.-
Amplifica las pulsaciones de eco y produce una salida de
pulsaciones de video amplificadas que se envían al indicador.
• INDICADOR.-
Provee la representación visual de la información del radar.

18. Tipos de presentación de radar

19. FUNCIONAMIENTO DE DIAGRAMA EN BLOQUE
El transmisor genera energía electromagnética (RF) en forma de
pulsos de alta potencia previamente moduladas para luego ser
enviadas a la antena a través de la línea de transmisión (guía de
onda) y posteriormente al espacio; durante la transmisión y
recepción el TR es el encargado de seleccionar y proteger al
receptor de los impulsos de alta potencia provenientes del
transmisor que los pueda dañar, así mismo a través de él ingresa
la señal de retorno (eco) que dejará pasar a los circuitos de la
unidad receptora que amplificará y procesará las señal para
entregarla en forma de video (visual) para su presentación en el
indicador PPI.

20. ALCANCE MAXIMO Y MINIMO DEL RADAR
En la figura anterior tenemos dos parámetros importantes sobre
el alcance máximo del radar
Tr
Rmax = C
2
Tr
PW

21. Pero también sabemos que Tr = 1 / PRF y el alcance máximo
también puede calcularse así:
1 C
Rmax =
2 PRF
El alcance mínimo del radar esta determinado por el ancho de
pulso (PW)
C
Rmin = 
2

22. PROBLEMAS
Determinar el alcance máximo y mínimo de un radar que
transmite pulsos de 3 Seg. de ancho y una PRF de 200 Hertz.
SOLUCION:
PW : 3 Seg.
PRF : 200 pps (Hertz)
Tr : 0.005 Seg.
Tr 0.005
* Rmax = C ------- = 3x108 --------
2 2
Rmax = 750 Km.

23. 1 C 3 x 108
* Rmax = --- ------ = 0.5 -----------
2 PRF 200
Rmax = 750 Km.
C 3 x 108
* Rmin = -----  = ----------- (3 x 10-6)
2 2
Rmin = 450 m.

24. APLICACIÓN DE LOS RADARES
• RADARES DE NAVEGACION.- que proporciona información
acerca de la distancia y dirección de los objetos que rodean al
buque ó aeronave portador del sistema hasta una distancia de
50 millas náuticas con elevado grado de precisión, son
utilizados netamente en aviones de combate, aviones
comerciales, buques de guerra, yates
• RADADES DE VIGILANCIA Y METEREOLOGIA.- que
proporcionan la información sobre la presencia de objetos ó
lluvias y tormentas con un alcance del orden de las 250 MN

25. son utilizados en zonas estratégicas para detectar cualquier
condición meteorológica, para detectar cualquier tipo de
amenaza a largo alcance, para el control y supervisión de
tráfico aéreo en aeropuertos
• RADARES DE CONTROL DE TIRO.- que siguen automáticamente
a un blanco determinado acondicionado a un sistema de
armas, no solo debe localizar objetos sino además
identificarlos, determinar su trayectorias y predecir su
objetivo final con alto grado de precisión utilizado netamente
en buques de guerra y aeronaves de combate.

26. • POLARIZACION
Es el sentido en el que viaja el campo eléctrico. El cambio de
polarización se usa para condiciones del tiempo y condiciones
de perturbación.
• FRECUENCIA:
Indica el número de ciclos que suceden en un segundo.
CICLO

27. FRECUENCIA DE REPETICIÓN DE PULSOS (PRF):
Es el número de pulsos que el radar transmite en un segundo, se
expresa en pulsos por segundo también en Hertz.
El tiempo debe ser suficiente para que el pulso transmitido pueda
retornar desde el blanco. A mayor PRF se tiene una alta precisión
(mejor discriminación) y corto alcance.
PRF = 1/TrTr

28. • ANCHO DE PULSO (PW):
Es la cantidad de energía electromagnética que es
transportada en un pulso. Es decir el tiempo en que se
mantiene activo el transmisor. Se da en Microsegundos
(seg).
Tx1
Tx2


29. ANTENAS
DE
MICROONDAS

30. INTRODUCCION
En esencia, una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y
recibir ondas electromagnéticas, y una guía de onda es un tuvo metálico
conductor por medio del cual se propaga energía electromagnética de alta
frecuencia, por lo general entre una antena y un transmisor, un receptor, o
ambos.
 Una antena se utiliza como la interfase entre un transmisor y el espacio
libre o el espacio libre y el receptor. Una guía de onda, así como una
línea de transmisión, se utiliza solo para interconectar eficientemente una
antena con el transceptor.
 Una antena acopla energía de la salida de un transmisor a la atmósfera de
la Tierra o de la atmósfera de la Tierra a un receptor.
 Una antena es un dispositivo recíproco pasivo; pasivo en cuanto a que en
realidad no puede amplificar una señal, por lo menos no en el sentido
real de la palabra (sin embargo, una antena puede tener ganancia), y
recíproco en cuanto a que las características de transmisión y recepción
son idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación al elemento
de la antena se limitan a la modificación de patrón de transmisión.

31. CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS DE MICROONDAS
Entre las principales características de las antenas podemos
encontrar:
 Ganancia
 Diagrama o patrón de radiación
 Ancho del haz
 Impedancia de entrada
 Polarización
 Ancho de banda
 Directividad

32. Ganancia de una antena
Definimos a la ganancia de la antena como el cociente
entre la cantidad de energía irradiada en la dirección
preferencial y la que irradiaría una antena isotrópica
alimentada por el mismo transmisor. Este número lo
expresamos en decibelios con relación a la isotrópica y
por ende se denota en dBi.

33. Ganancia de una antena
La ganancia respecto a la antena isotrópica se expresa en dBi.
También se puede expresar la ganancia con respecto a un
dipolo de media onda, denominada entonces dBd.

34. Diagrama de radiación
El diagrama de radiación o patrón de radiación es una
representación de la potencia de la señal trasmitida en función
del ángulo espacial.
 Es un objeto tridimensional.
 Por comodidad, se suele graficar aparte la proyección en el
plano horizontal y en el plano vertical.

35. Diagrama de radiación

36. Diagrama de radiación
Se representan de forma bi-dimensional en dos planos, el
vertical y el horizontal, estos planos son presentados en
coordenadas rectangulares o en coordenadas polares como se
muestra a continuación:
Un Dipolo Antena de bocina
estándar

37. Coordenadas Polares

38. Coordenadas Rectangulares

39. Antena Isotrópica
Es la que irradia (o recibe) desde todas las direcciones con la
misma intensidad. Aunque es físicamente irrealizable, el
concepto de antena isotrópica se utiliza como modelo de
comparación con las antenas reales. Como irradia con igual
eficacia en todas direcciones, decimos que su diagrama o patrón
de radiación es una esfera.

40. Antena Isotrópica
Un ejemplo de lo que se aproxima a una antena isotrópica es la
luz producida por un foco, que se proyecta en todas direcciones
con la misma intensidad, excepto en la base del bombillo.
Cuando al foco le ponemos un reflector, lo convertimos en una
antena directiva, pues en la dirección perpendicular al reflector
habremos aumentado la iluminación, mientras que en la parte
trasera del reflector se habrá bloqueado la iluminación.

41. Ancho del haz (beamwidth)
El ancho del haz (beamwidth) es el ángulo subtendido por la
radiación emitida entre los puntos en que la potencia disminuye
a la mitad (3 dB).

42. Impedancia de entrada
Es el cociente entre el voltaje aplicado a los terminales de
entrada y la corriente resultante.
En general tiene una parte resistiva y una parte reactiva.

43. Impedancia de entrada
Para máxima transferencia de potencia, la impedancia de la
antena debe estar acoplada a la de la línea de transmisión
que la alimenta.

44. Polarización de antena
La polarización de una antena corresponde a la dirección del
campo eléctrico emitido por una antena.
Esta polarización puede ser:
 Vertical
 Horizontal
 Elíptica, Circular (RH o LH)

45. Polarización de antena
Si el campo eléctrico permanece en la dirección vertical durante toda la
trayectoria de una onda decimos que tiene polarización vertical, como es el
caso de un dipolo donde el movimiento de los electrones dentro del alambre
responde al campo eléctrico y por lo tanto define la Polarización.
Vertical

46. Polarización de antena
Si colocamos el alambre horizontalmente, tendremos
polarización horizontal.
Horizontal

47. Polarización de antena
Elíptica
Un caso particular de la polarización elíptica es la polarización
circular la cual puede ser hacia la derecha o hacia la izquierda.
Es importante que ambos extremos de un enlace utilicen el
mismo sentido de giro en polarización circular. Las antenas
helicoidales producen señales con polarización circular.

48. Polarización de antena
Cruzada
Ambas antenas de un enlace deben tener la misma polarización
para poder acoplarse adecuadamente.
La polarización cruzada tiene lugar cuando un extremo del
enlace tiene polarización diferente del otro extremo. La
polarización cruzada implica una pérdida de señal que puede
alcanzar 20 decibeles.

49. Ancho de banda
Es el rango de frecuencias en el cual la antena cumple con
ciertas características, tales como ganancia o relación de onda
estacionaria, garantizando así su funcionamiento adecuado.

50. Directividad
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la
dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la
potencia total radiada dividida por el área de la esfera de
radio r. La directividad se puede calcular a partir del
diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual
a la directividad multiplicada por la eficiencia.

51. Tipos de antenas
Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de
conductores que, unido a un generador, permite la emisión de
ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una
impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una
fuente lejana para este fin existen diferentes tipos
 Antena de cuadro
 Antena parabólica o reflector
 Antena lineal
 Antena multibanda
 Antena dipolo de media onda
 Antena yagi
 Antena VHF y UHF

52. Antena de cuadro
Antena de escasa sensibilidad, formada por una
bobina de una o varias espiras arrolladas en un
cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace
útil en radiogoniometría.

53. Antena de reflector o parabólica
Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y
una directividad extremadamente altas y son muy populares para
los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por
satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes
principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado
mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de
alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo o
una tabla de dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia
el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja
la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una
emisión concentrada altamente direccional donde las ondas
individuales están todas en fase entre sí (un frente de ondas en
fase).

55. Antena lineal
La que está constituida por un conductor rectilíneo,
generalmente en posición vertical.

56. Antena multibanda
La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de
banda que abarca muy diversas frecuencias.

57. Antena Dipolo de media onda
Está formada por dos trozos de material conductor, cada uno de
un cuarto de longitud de onda. Si se conecta a la línea de
alimentación por el centro, la distribución de corriente y de
voltaje es simétrica y ofrece una impedancia de 72 ohmios.
Este tipo de antena forma la base de muchas otras, y puede
utilizarse para polarización horizontal o vertical, dependiendo de
como se disponga.

58. Antena Yagi
Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le
añaden unos elementos llamados "parásitos" para hacerlo
direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores.
Los elementos directores se colocan delante de la antena y
refuerzan la señal en el sentido de emisión.
Los elementos reflectores se colocan detrás y bloquean la
captación de señales en la dirección opuesta al emisor.

59. Antena Yagi
1 : Elemento conductor
2 : Reflectores
3 : Guías de ondas
4 : Cable

60. Antenas VHF y UHF
Para clasificar las ondas de radio se toman como medida los
múltiplos de diez en la longitud de onda. Por lo tanto las ondas
de VHF tienen una longitud de onda entre 1 Metro y 10 Metros
mientras que las de UHF tienen una longitud de entre 10
Centímetros y un Metro. Como la relación es que la frecuencia
es igual a la velocidad de la luz (misma velocidad que la de
propagación de las ondas electromagnéticas, aproximadamente
300.000 Km./h) dividida por la longitud de onda, entonces
tenemos que la banda de VHF va desde los 30 MHz a los 300
MHz y la de UHF va de los 300 MHz. a los 3 GHz