1. Antenas y Líneas de Transmisión(Propagación) Ing . Jarvey Gonzalez Romero jarvey_gonzalez@cun.edu.co

2. Contenido Concepto de dB Conceptos de electromagnetismo Propagación Ecuaciones de Maxwell Espectro electromagnético

3. Concepto de dB

4. Concepto de dB Decibelio es la unidad relativa empleada en acustica y telecomunicaciones para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. El decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logaritmica. Es un submúltiplo del belio, de símbolo B, que es el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza por ser demasiado grande en la práctica, y por eso se utiliza el decibelio, la décima parte de un belio. El belio recibió este nombre en honor de Alexander Grahan Bell. Un belio equivale a 10 decibelios y representa un aumento de potencia de 10 veces sobre la magnitud de referencia. Cero belios es el valor de la magnitud de referencia. Así, dos belios representan un aumento de cien veces en la potencia, 3 belios equivalen a un aumento de mil veces y así sucesivamente.

5. Unidades del dB Como el decibelio es adimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a qué unidades está referida la medida: dBW: La W indica que el decibelio hace referencia a vatios. Es decir, se toma como referencia 1 W (vatio). Así, a un vatio le corresponden 0 dBW. Relación entre dBu y dBm dBm: Cuando el valor expresado en vatios es muy pequeño, se usa el milivatio (mW). Así, a un mW le corresponden 0 dBm. dBu: El dBu expresa el nivel de señal en decibelios y referido a 0,7746 voltios 0,7746 V es la tensión que aplicada a una impedancia de 600 Ω , desarrolla una potencia de 1 mW. Se emplea la referencia de una impedancia de 600 Ω por razones históricas. En algunos casos (especialmente en telecomunicaciones), al medir niveles relativos en decibelios, se da un nombre específico a la unidad, dependiendo del tipo de medida. dBc: Nivel relativo entre una señal portadora (carrier) y alguno de sus armonicos. dBV : En este caso la referencia es 1 V. En determinadas medidas, como son las relacionadas con antenas, el dBV es demasiado grande y se utiliza el dBV, en cuya medida tomamos como referencia el valor de 1 V.

6. Las unidades en db db = 10 log A/B A y B son magnitudes Db es una relación por lo tanto no tiene unidades

7. EL dbm dbm = 10log P/ 1mw Si tiene unidades P son miliwatios

8. El dbuv dbuV = 20 log V/ 1uV Si tiene unidades V son micovoltios

9. Conceptos de electromagnetismo

10. Propagación que Necesitan un Medio ONDAS SOBRE UNA SUPERFICIE DE AGUA ONDAS SONORAS ONDAS DE POTENCIA TELEGRAFO Y TELEFONO

11. RAYOS LASER Y FIBRA OPTICA LUZ VISIBLE MICROONDAS Y SATELITES RADIO Y TELEVISION VOZ HUMANA Y SONIDOS ENERGIA ELECTRICA

12. K = velocidad en la Línea de Tx velocidad en el espacio libre Las ondas electromagnéticas no requieren ningún medio para su propagación El medio y las características de propagación : Atenuación Velocidad Frecuencia de corte

13. Líneas de Tx Tx estructuras Equipo Tx. Sistema de Transmisión antenas propagación

14. Propagación

15. Propagacion Se llama propagación al conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas del transmisor al receptor. Esta propagación puede realizarse siguiendo diferentes fundamentos físicos, cada uno más adecuado para un rango de frecuencias de la onda a transmitir. Los modos de propagación más frecuentes son: La propagación ionosférica. La propagación troposférica. La propagación por onda de superficie. Reflexión ionosférica La ionosfera es la región de la alta atmósfera entre 60 y 400 km de altura. Como el propio nombre indica está compuesta de iones y de plasma ionosférico y es de forma esférica al ser una de las capas de la atmósfera. Es importante para la propagación porque permite reflejar o refractar ondas radioeléctricas por debajo de una frecuencia crítica llamada comúnmente MUF, frecuencia máxima utilizable. La ionosfera está compuesta de tres capas La capa D la capa E la capa F (durante la noche) que se divide en dos, las capas F1 y F2, durante el día.

16. Propagación Variaciones de densidad de la ionosfera Las propiedades de propagación de la ionosfera son debidas a variaciones de densidad en el plasma iónico. Esas propiedades dependen del día del año, de la hora, del momento de ciclo solar de once años, de la estación, y de la latitud. Esas variaciones son irregulares, y no es posible calcularlas o medirlas con precisión. Capa D La capa D es la capa de la ionosfera más cercana a la Tierra. Se encuentra a unos 60 km de altura. La ionización provocada por el viento solar aumenta la densidad de electrones en la capa D. Por esa razón, las ondas radioeléctricas son fuertemente absorbidas. Durante la noche, la capa D no recibe viento solar, por lo que rápidamente desaparece. Las explosiones solares, las manchas solares, las fluctuaciones en el campo magnético terrestre y las auroras polares, también afectan a la propagación ionosférica. La capa D es sumamente absorbente para las frecuencias por debajo de unos 10 MHz, por lo tanto, las frecuencias afectadas son menos atenuadas cuando son atravesadas más cerca de la vertical.

18. Su altitud permite comunicaciones más lejanas.

19. Normalmente refleja las frecuencias más altas de HF.

20. El periodo de vida de los electrones es mayor en la región F2, y esa es la razón por la cual esta capa refleja ondas por la noche.

22. Propagación Ondas electromagnéticas Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse. Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible-

26. En realidad, más que un concepto, el campo es una definición que da cierta consistencia a la idea de que una carga eléctrica actúa sobre otra lejana, sin tener que recurrir a una acción a distancia.

27. Sólo en el siglo XX se pudo encontrar cierta base física a este concepto, pero en tiempos de Maxwell el campo electromagnético era una noción matemática sumamente útil, descrita por ecuaciones, pero cuya realidad física trascendía toda interpretación teórica.

29. Ecuaciones de Maxwell 2 Parámetros presentes Los parámetros que intervienen en la formulación de las ecuaciones de Maxwell son los siguientes:

30. Significado Físico

31. Resumen ecuaciones de Maxwell Las ecuaciones anteriores describen una onda con factores de atenuación dependientes de σ que se propaga a una velocidad . Cuando la onda se propaga en el vacío σ = 0 y la ecuación se reduce a la ecuación de ondas común:

32. Radiación Electromagnética La radiación electromagnética es una combinación de campos electromagnéticos y magneticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energia de un lugar a otro de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacio. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada eter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinamica y es un subcampo del electromagnetismo. Maxwell asoció varias ecuaciones, actualmente denominadas ecuaciones de Maxwell, de las que se desprende que un campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal del campo magnético genera un campo eléctrico. Se puede visualizar la radiación electromagnética como dos campos que se generan mutuamente, por lo que no necesitan de ningún medio material para propagarse. Las ecuaciones de Maxwell también predicen la velocidad de propagación en el vacío (que se representa c, por la velocidad de la luz, con un valor de 299.792.458 m/s), y su dirección de propagación (perpendicular a las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a su vez, son perpendiculares entre sí).

33. Radiación Electromagnética Dualidad onda-corpúsculo Dependiendo del fenómeno estudiado, la radiación electromagnética se puede considerar no como una serie de ondas sino como un chorro o flujo de partículas, llamadas fotones. Esta dualidad onda-corpúsculo hace que cada foton tenga una energía directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada, dada por la relación de Planck: donde E es la energía del fotón, h es la constante de Plank y ν es la frecuencia de la onda. Valor de la constante de Planck Así mismo, considerando la radiación electromagnética como onda, la longitud de onda λ y la frecuencia de oscilación ν están relacionadas por una constante, la velocidad de la luz en el medio (c en el vacío): A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según la relación de Plank).

34. Radiación Electromagnética Penetración de la radiación electromagnética La radiación electromagnética reacciona de manera desigual en función de su frecuencia y del material con el que entra en contacto. El nivel de penetración de la radiación electromagnética es inversamente proporcional a su frecuencia. Cuando la radiación electromagnética es de baja frecuencia, atraviesa limpiamente las barreras a su paso. Cuando la radiación electromagnética es de alta frecuencia reacciona más con los materiales que tiene a su paso. En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma, cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como en un espejo).

35. Radiación Electromagnética Refracción La velocidad de propagación de la radiación electromagnética en el vacío es c. La teoría electromagnética establece que: siendo ε0 y μ0 la permitividadelectrica y la permitividadmagnetica del vacío respectivamente. En un medio material la permitividad eléctrica ε tiene un valor diferente a ε0. Lo mismo ocurre con la permeabilidad magnética μ y, por tanto, la velocidad de la luz en ese medio v será diferente a c. La velocidad de propagación de la luz en medios diferentes al vacío es siempre inferior a c. Cuando la luz cambia de medio experimenta una desviación que depende del ángulo con que incide en la superficie que separa ambos medios. Se habla, entonces, de ángulo incidente y ángulo de transmisión. Este fenómeno, denominado refraccion, es claramente apreciable en la desviación de los haces de luz que inciden en el agua. La velocidad de la luz en un medio se puede calcular a partir de su permitividad eléctrica y de su permeabilidad magnética de la siguiente manera:

36. Radiación Electromagnética Dispersión La permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética de un medio diferente del vacío dependen, además de la naturaleza del medio, de la longitud de onda de la radiación. De esto se desprende que la velocidad de propagación de la radiación electromagnética en un medio depende también de la longitud de onda de dicha radiación. Por tanto, la desviación de un rayo de luz al cambiar de medio será diferente para cada color (para cada longitud de onda). El ejemplo más claro es el de un haz de luz blanca que se "descompone" en colores al pasar por un prisma. La luz blanca es realmente la suma de haces de luz de distintas longitudes de onda, que son desviadas de manera diferente. Este fenómeno se llama dispersion. Es el causante de la aberracioncromatica, el halo de colores que se puede apreciar alrededor de los objetos al observarlos con instrumentos que utilizan lentes como prismaticos o telescopios. Dispersión de la luz blanca en un prisma.

37. Definición ColombianaEspectro Electromagnético Art 102 de Constitución Política lo define como un BIEN de la NACION. y Art 75 dice que el espectro electromanético es un bien público, inenajenable e imprescriptible, sujeto a la gestión y control de estado. Antes de la Ley 182 correspondía su gestión y regulación al Min comunicaciones.

38. Espectro electromagnético Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes nombres, y varía desde los energéticos rayos gamma(con una longitud de onda del orden de PICOMETROS pciometros) hasta las ondas de radio (longitudes de onda del orden de kilometros), pasando por el espectro visible (cuya longitud de onda está en el rango de las décimas de micrometro). El rango completo de longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagnetico. El espectro visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nanometros) hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700 nm). En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio internacional de frecuencias en función del empleo al que están destinadas como se muestra en la diapositiva siguiente. Espectro Electromagnético

39. Espectro Electromagnético

40. Definición InternacionalEspectro Electromagnético UIT : Un bien escaso y limitado cuya utilización debe ser racional, eficaz y económica y su uso equitativo UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones Organismo de la ONU

41. La Unión Internacional de Telecomunicaciones ofrece a sus 189 estados miembros (1999) y 580 miembros de los sectores, un marco para cooperar en la mejora y la utilización racional de las telecomunicacionesen todo el mundo.

42. Ordenamiento del Espectro Este ordenamiento definido así por unanimidad, es de obligatorio cumplimiento por parte de las administraciones de telecomunicaciones de los países miembros. En algunas ocasiones no es posible llegar a acuerdos por unanimidad en la asignación de bandas de frecuencias para un determinado servicio, entonces los países en desacuerdo hacen RESERVAS propias para servicios específicos dentro de alguna banda que normalmente ha sido asignada a otro servicio de Comunicaciones.

43. Gracias…