[ebook] Edicions UPC - Antenas - Spanish Español.pdf

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Ángel Cardama Aznar
Lluís Jofre Roca
Juan Manuel Rius Casals
Jordi Romeu Robert
Sebastián Blanch Boris
UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA
Miguel Ferrando Bataller
UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA
Antenas
EDICIONS UPC
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La presente obra fue galardonada en el octavo concurso
"Ajut a l'elaboració de material docent" convocado por la UPC.
Primera edición: septiembre de 1998
Segunda edición: septiembre de 2002
Diseño de la cubierta: Manuel Andreu
Diseño y montaje interiores Edicions UPC, Ana Latorre y David Pablo
©
Los autores, 1998
©
Edicions UPC, 1998
Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, SL
Jordi Girona Salgado 31, 08034 Barcelona
Tel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885
Edicions Virtuals: www.edicionsupc.es
E-mail: edicions-upc@upc.es
Producción:
El Tinter, SAL (empresa certificada ISO 14001 i EMAS)
La Plana 8, 08032 Barcelona
Depósito legal: B-39109-2002
ISBN: 84-8301-625-7
Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las san-
ciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o pro-
cedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de
ella mediante alquiler o préstamo públicos.
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Prólogo a la segunda edición
En esta nueva edición hemos pretendido actualizar el contenido del libro de forma que pueda servir de
base para el estudio de las antenas y de la propagación de las ondas radioeléctricas en la carrera de
Ingeniería de Telecomunicación. Existe una amplísima bibliografía sobre este tema, prácticamente
toda en lengua inglesa, que se incluye ordenada alfabéticamente tras los apéndices; el texto ha sido
elaborado teniéndola en consideración e intentando, al mismo tiempo, hacerlo autocontenido. Si bien
la ordenación y el tratamiento que se ha dado a los temas son clásicos, hemos querido incorporar
muchos de los aspectos que tratamos habitualmente en clase y que, en nuestra experiencia, ayudan a
comprender mejor la materia; con este fin se han incorporado en cada capítulo ejemplos
representativos y una amplia colección de problemas y de cuestiones, de tipo multirespuesta, que
pueden servir de diagnóstico para valorar individualmente el progreso realizado en el estudio.
Los dos primeros capítulos son básicos y, aunque independientes en su contenido, sirven
conjuntamente de base para comprender en profundidad, y valorar en detalle, el empleo de las antenas
en los sistemas de comunicaciones. En el primero de ellos se definen y se presentan de manera
sistematizada los parámetros que sirven para caracterizar el comportamiento de las antenas y en el
segundo se introducen, sobre la base de principios físicos conocidos, los efectos de la tierra y de la
atmósfera en la propagación de las ondas electromagnéticas. Ambos sirven de introducción, tanto de
un curso específico de antenas, como de uno dedicado a los medios de transmisión, en los aspectos
relativos a la propagación no guiada. A partir de los conocimientos adquiridos en un curso de campos
electromagnéticos se plasma, en el tercer capítulo, la formulación general aplicable al cálculo de los
campos radiados por antenas y se establece una analogía con el análisis de sistemas lineales mediante
transformadas de Fourier. Los tres capítulos siguientes contienen la materia específica de un curso de
antenas, analizándose en detalle en el cuarto las antenas cilíndricas, dipolos y espiras, en el quinto las
agrupaciones, estando el sexto dedicado al estudio de las antenas de apertura, en particular ranuras,
bocinas y reflectores. En el capítulo séptimo se presentan las antenas de banda ancha, con especial
énfasis en las independientes de la frecuencia y en las logoperiódicas. Los dos últimos capítulos
contienen dos temas complementarios en un curso normal de antenas, y han sido incluidos para dar una
mayor perspectiva de los potentes métodos de cálculo y medida disponibles en la actualidad; el primero
de ellos describe los métodos numéricos utilizados en el cálculo de antenas, así como en la propagación
de ondas, en el estudio de la difracción por objetos y en el cálculo de la sección recta de blancos de
radar, mientras que en el último se presentan la instrumentación y los procedimientos que se aplican
habitualmente en la medida de antenas.
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ANTENAS
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La materia incluida cubre con amplitud los contenidos de un curso anual y la selección a realizar
para un curso cuatrimestral depende del enfoque que se le pretenda dar. Para un curso básico, los dos
primeros capítulos y una selección temática simplificada de los cuatro restantes permitirían instruir a
los alumnos en los aspectos fundamentales y hacerles comprender el funcionamiento de las antenas de
uso más frecuente. Un curso avanzado debería basarse, en gran medida, en el contenido de los
capítulos tercero al séptimo.
El texto es un reflejo, no sólo de nuestro conocimiento y experiencia, sino también de las
aportaciones realizadas por otros profesores que han compartido con nosotros, en diversos momentos,
la enseñanza de esta materia en la Escuela: Pedro Mier, Albert Martí, Lluís Pradell, Mercè Vall-llosera,
Josep Parrón y José María González. En el largo proceso que va de la conversión de un manuscrito en
un libro, hemos contado con la inestimable ayuda de Miquel Tintoré, quien no sólo ha realizado el
trabajo de elaboración del texto y de las figuras, sino que ha aportado también una visión crítica de su
contenido; nuestra gratitud y reconocimiento por su infatigable actividad y su dedicación a este
proceso. Finalmente, de no haber contado con el apoyo de la Universidad Politécnica de Cataluña y de
su editorial no nos habríamos animado a emprender esta tarea.
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Índice
1 Consideraciones generales sobre antenas
1.1 Introducción .......................................................................................................................15
1.2 Parámetros de antenas en transmisión ...............................................................................17
1.2.1 Impedancia...............................................................................................................17
1.2.2 Intensidad de radiación............................................................................................18
1.2.3 Diagrama de radiación.............................................................................................20
1.2.4 Directividad .............................................................................................................22
1.2.5 Polarización .............................................................................................................24
1.2.6 Ancho de banda .......................................................................................................25
1.3 Parámetros de antenas en recepción ..................................................................................27
1.3.1 Adaptación ...............................................................................................................27
1.3.2 Área y longitud efectiva ..........................................................................................27
1.4 Ecuación de transmisión ....................................................................................................28
1.4.1 Ecuación del radar ...................................................................................................31
1.5 Temperatura de ruido de antena.........................................................................................32
1.6 Cuestiones ..........................................................................................................................36
1.7 Problemas...........................................................................................................................38
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2 Propagación
2.1 Propagación en el espacio libre y en el entorno terrestre..................................................41
2.2 Efecto de la tierra...............................................................................................................43
2.2.1 Introducción .............................................................................................................43
2.2.2 Reflexión en tierra plana .........................................................................................44
2.2.3 Difracción ................................................................................................................48
2.2.4 Onda de superficie ...................................................................................................51
2.3 Efecto de la troposfera .......................................................................................................54
2.3.1 Atenuación ...............................................................................................................54
2.3.2 Refracción................................................................................................................58
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