ITU-R BS 1386-1 SPANISH-2001 LF and MF transmitting antennas characteristics and diagrams《低频和中频发射天线特性和框图》.pdf

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1、 Rec. UIT-R BS.1386-1 1 RECOMENDACIN UIT-R BS.1386-1*Caractersticas y diagramas de las antenas transmisoras en ondas kilomtricas y hectomtricas*(Cuestin UIT-R 201/10) (1998-2001) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las Recomendaciones UIT-R BS.705 y UIT-R BS.1195 define

2、n, respectivamente, los diagramas de las antenas de radiodifusin en las bandas de ondas decamtricas y en las bandas de ondas mtricas decimtricas junto con otra informacin pertinente; b) que los diagramas publicados en esta Recomendacin deben ser fciles de entender y de utilizar por los ingenieros de

3、 planificacin y diseo, manteniendo no obstante toda la informacin til necesaria; c) la experiencia obtenida en anteriores ediciones de Recomendaciones sobre antenas; d) que las caractersticas de las antenas de ondas kilomtricas y hectomtricas contenidas en el Anexo 1 a la presente Recomendacin tiene

4、n una amplia aplicacin, recomienda 1 que para evaluar la calidad de funcionamiento de las antenas transmisoras de ondas kilomtricas y hectomtricas, especialmente a efectos de planificacin, se utilicen las frmulas que se ilustran mediante diagramas y que estn contenidas en el Anexo 1 a la presente Re

5、comendacin, as como los correspondientes programas informticos. NOTA 1 La Parte 1 del Anexo 1 presenta una informacin completa y detallada sobre las caractersticas tericas de las antenas de transmisin de ondas kilomtricas y hectomtricas. Los programas informticos se han desarrollado a partir de la t

6、eora utilizada para calcular los diagramas de radiacin y la ganancia de los diversos tipos de antena incluidos. El comportamiento de las antenas en condiciones reales de funcionamiento diferir en cierta medida de lo que cabra esperar teniendo en cuenta sus caractersticas calculadas de forma analtica

7、. A tal efecto, en la Parte 2 se ofrecen algunas directrices sobre estas diferencias basndose en los resultados de un conjunto completo de mediciones llevadas a cabo por varias administraciones mediante tcnicas modernas. _ *La Comisin de Estudio 6 de Radiocomunicaciones efectu modificaciones de reda

8、ccin en esta Recomendacin en 2002 de conformidad con la Resolucin UIT-R 44. *El 2 de la Parte 2 del Anexo 1 debe sealarse a la atencin de la Comisin Electrotcnica International (CEI). 2 Rec. UIT-R BS.1386-1 ANEXO 1 NDICE PARTE 1 CARACTERSTICAS Y DIAGRAMAS DE LAS ANTENAS TRANSMISORAS EN ONDAS KILOMTR

9、ICAS Y HECTOMTRICAS 1 Introduccin 2 Clculo de los diagramas de radiacin y de la ganancia 2.1 Consideraciones generales 2.2 Diagramas de radiacin 2.2.1 Representacin grfica 2.2.2 Representacin tabular 2.3 Directividad y ganancia 2.4 Efecto del terreno 2.4.1 Reflexin de las ondas en terreno imperfecta

10、mente conductor 2.5 Denominacin de la antena 3 Sistemas de antenas en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas 3.1 Consideraciones generales 3.2 Seccin transversal del elemento radiante 3.3 Frecuencia de funcionamiento 3.4 Sistema de tierra y caractersticas del terreno 3.5 Tipos de antenas omn

11、idireccionales 3.5.1 Monopolos verticales 3.5.2 Tipos de monopoles verticales 3.6 Antenas directivas 3.6.1 Redes de elementos verticales activos 3.6.2 Redes de elementos verticales pasivos 3.7 Otros tipos de antenas 3.7.1 Antenas en T 3.7.2 Antenas de paraguas 3.7.3 Antenas de jaula con radiadores e

12、n ngulo 4 Clculo de los diagramas de la radiacin y de la ganancia 4.1 Consideraciones generales 4.2 Mtodos analticos actualmente disponibles Anexo 1 Procedimiento de clculo Rec. UIT-R BS.1386-1 3 PARTE 2 ASPECTOS PRCTICOS DE LAS ANTENAS TRANSMISORAS EN ONDAS KILOMTRICAS Y HECTOMTRICAS 1 Introduccin

13、2 Mediciones de los diagramas de radiacin de las antenas 2.1 Mtodos de medicin 2.1.1 Mediciones de los diagramas de radiacin horizontal realizadas desde el suelo 2.1.2 Mediciones de los diagramas de radiacin realizadas desde helicptero 2.2 Equipo de medicin 2.3 Procedimientos de medicin 2.3.1 En el

14、suelo 2.3.2 Por helicptero 2.4 Procesamiento de los datos medidos 2.4.1 En el suelo 2.4.2 Por helicptero 3 Comparacin entre los diagramas de radiacin tericos y medidos 3.1 Campo lejano 3.2 Variaciones en el comportamiento real de las antenas 3.2.1 Influencia del entorno circundante sobre los diagram

15、as de radiacin 3.2.1.1 Conductividad del suelo 3.2.1.2 Topografa del terreno y otras estructuras cercanas al emplazamiento de la antena 3.2.2 Disposiciones de la alimentacin y riostras PARTE 1 CARACTERSTICAS Y DIAGRAMAS DE LAS ANTENAS TRANSMISORAS DE ONDAS KILOMTRICAS Y HECTOMTRICAS 1 Introduccin La

16、 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 funciona-miento deben conocerse con la mayor precisin posible. Por consiguiente, en sus actividades de planificacin nacion

17、al 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 ex CCIR respondi a este requisito elaborando Manuales sobre Diagramas de Antenas (ediciones de 1963, 1978 y 1984),

18、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 informt

19、icos disponibles en esas fechas. Actualmente, las modernas teoras sobre antenas y las poderosas herramientas informticas 4 Rec. UIT-R BS.1386-1 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 clcul

20、os 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 cara

21、ctersticas 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

22、 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, qu

23、e 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 e

24、n el caso de las Recomendaciones UIT-R BS.705 y UIT-R BS.1195 similares, los programas informticos asociados que deben emplearse para realizar los clculos correspondientes. 2 Clculo de los diagramas de radiacin y de la ganancia 2.1 Consideraciones generales Un sistema de antenas en ondas kilomtricas

25、 y hectomtricas puede consistir en un solo elemento o en una red de elementos radiantes. Los diagramas de radiacin de un sistema de antenas pueden representarse por un lugar geomtrico de puntos tridimensional. El diagrama de radiacin tridimen-sional se basa en el sistema de coordenadas de referencia

26、 representado en la Fig. 1, donde pueden definirse los siguientes parmetros: : ngulo de elevacin con respecto a la horizontal (0 90) : ngulo acimutal con respecto al Norte, suponiendo que el Norte coincide con el eje y (0 360) r : distancia entre el origen del sistema de coordenadas y el punto de ob

27、servacin distante donde se calcula el campo lejano. 2.2 Diagramas de radiacin En el sistema de coordenadas de referencia representado en la Fig. 1, la magnitud del campo elctrico producido por una antena viene dada por la siguiente expresin: |E (,)| = K |f(,)| (1) siendo: |E (,)| : magnitud del camp

28、o elctrico |f(,)| : funcin del diagrama de radiacin K : factor de normalizacin para fijar |E (,)|mx a un valor 1, es decir 0 dB. Expresando el campo elctrico total en trminos de sus componentes en un sistema de coordenadas esfricas se obtiene: |E (,)|2= |E(,)|2+ |E (,)|2 (2) Rec. UIT-R BS.1386-1 5 1

29、386-01zPOxryFIGURA 1Sistema de coordenadas de referenciaDireccin Norte2.2.1 Representacin grfica Para describir el diagrama de radiacin completo se utiliza un conjunto de secciones particulares del diagrama de radiacin para valores especficos de los ngulos de elevacin (diagramas acimutales) y de los

30、 ngulos acimutales (diagramas verticales). Las secciones ms importantes son los dia-gramas acimutales para el ngulo de elevacin en el cual se produce la mxima fuerza cimomotriz (f.c.m.) y el diagrama vertical para el ngulo acimutal en el cual se produce la mxima fuerza cicomotriz. Estos diagramas se

31、 denominan, respectivamente, diagrama de radiacin horizontal y diagrama de radiacin vertical. 2.2.2 Representacin tabular Puede ser til efectuar una representacin tabular del diagrama de antena completo cuando los datos de la antena se integran en un sistema de planificacin. Una solucin que se consi

32、dera adecuada a tal efecto consiste en evaluar los valores del diagrama cada 2 para los ngulos de elevacin y cada 5 para los ngulos acimutales. 2.3 Directividad y ganancia La directividad, D, de una fuente radiante se define como la relacin entre su mxima intensidad de radiacin (o densidad de flujo

33、de potencia) y la intensidad de radiacin de una fuente istropa que emite la misma potencia total. Puede expresarse mediante la frmula siguiente: =202/2/ddcos),(),(422EEDmx(3) 6 Rec. UIT-R BS.1386-1 Cuando se aplica la ecuacin (1), D puede expresarse en trminos de la funcin del diagrama de radiacin n

34、ormalizado de la fuente, |f(,)|: =202/2/ddcos),(f),(f422mxD(4) La anterior definicin de directividad es funcin nicamente de la forma del diagrama de radiacin de la fuente. La eficacia de la antena se define como la relacin entre la potencia radiada, ,radP y la potencia a la entrada de la antena, ent

35、radaP : entradaradPP=(5) La ganancia de la antena, G, se expresa como la relacin entre su mxima intensidad de radiacin y la mxima intensidad de radiacin de una antena de referencia con la misma potencia de entrada. Cuando se toma como antena de referencia recomendada una antena istropa sin prdidas,

36、la ganancia, Gi,se expresa mediante la frmula siguiente: dBlog1010DGi= (6) Otras expresiones utilizadas son la ganancia con respecto a la antena semi istropa, Ghi, que es: dB01,3=ihiGG (7) y la ganancia, Gv, con respecto a un monopolo vertical corto: dB77,4=ivGG (8) 2.4 Efecto del terreno Utilizando

37、 las hiptesis sealadas en el 2.1 y considerando, adems, que la antena est situada en el sistema de coordenadas de la Fig. 1 donde el plano x-y representa una superficie homognea plana, el campo lejano producido en el punto de observacin P(r, , ), incluida la parte reflejada por el suelo, puede obten

38、erse como sigue. Si se supone que la radiacin incidente sobre el suelo tiene un frente de onda plano, pueden considerarse los dos siguientes casos: a) polarizacin horizontal; b) polarizacin vertical. En el caso de polarizacin horizontal, el vector elctrico (directo) incidente es paralelo al plano x-

39、y reflector (y por consiguiente perpendicular al plano de incidencia, es decir, al plano que contiene la direccin de propagacin y la perpendicular a la superficie reflectora, como se muestra en la Fig. 2a). En el caso de polarizacin vertical, el vector elctrico incidente es paralelo al plano de inci

40、dencia y el correspondiente vector magntico incidente es paralelo a la superficie reflectora, como puede observarse en la Fig. 2b). Rec. UIT-R BS.1386-1 7 1386-02HiEi ErHrzHrErEiHizFIGURA 2Reflexin de las ondas en terreno imperfectamente conductora) Polarizacin horizontal b) Polarizacin vertical2.4.

41、1 Reflexin de las ondas en terreno imperfectamente conductor Las componentes de campo lejano totales por encima del suelo, en la Fig. 2, pueden expresarse de la forma siguiente: a) Polarizacin horizontal )()()()(2121rERrErErEEihirih+=+= (9) siendo: Eh : componente horizontal total r1: distancia dire

42、cta entre la antena y el punto de observacin 2 : distancia entre la imagen de la antena y el punto de observacin Ei : campo elctrico directo r : campo elctrico reflejado Rh : coeficiente de reflexin complejo para ondas con polarizacin horizontal, definido como: 2/1MHz22/1MHz2.00018j)cos(sen.00018j)c

43、os(sen+=ffRh(10) y : ngulo de incidencia : permitividad relativa (o constante dielctrica) de la Tierra : conductividad de la Tierra (S/m) fMHz: frecuencia de funcionamiento (MHz). 8 Rec. UIT-R BS.1386-1 b) Polarizacin vertical )()()()(2121rERrEErERrEEivivivih+=(11) siendo: Eh : componente horizontal

44、 total Ev : componente vertical total Rv : coeficiente de reflexin complejo para ondas con polarizacin vertical, definido como: 2/1MHz2MHz2/1MHz2MHz.00018j)cos(sen.00018j.00018j)cos(sen.00018j+ =ffffRv(12) 2.5 Denominacin de la antena Considerando la variedad de sistemas de antenas en las bandas de

45、ondas kilomtricas y hectomtricas, puede que no sea posible realizar una denominacin adecuada de la antena basndose nicamente en la longitud elctrica. Por lo tanto tal denominacin debe considerarse caso a caso. 3 Sistemas de antenas en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas 3.1 Consideracione

46、s generales Las antenas en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas tienen por lo general pocos elementos radiantes. La altura y la separacin de estos elementos no est limitada a /2. El diagrama de radiacin de esas antenas es funcin de: la seccin transversal de los elementos radiantes; la frec

47、uencia de funcionamiento; el sistema de tierra y las caractersticas del terreno; el nmero de elementos y su separacin; la altura de los elementos sobre el suelo; la orientacin; la disposicin de la alimentacin; las caractersticas del entorno. 3.2 Seccin transversal del elemento radiante Existen varia

48、s estructuras radiantes que se utilizan comnmente, tales como las torres autosoportadas, los mstiles arriostrados y los elementos de hilos. Por consiguiente, la seccin transversal y, en consecuencia, la corriente en el elemento radiante varan considerablemente lo cual afecta su diagrama de radiacin y su ganancia. En el caso de torres o mstiles radiantes normalmente las secciones tr