ITU-R BS 705-1 SPANISH-1995 HF Transmitting and Receiving Antennas Characteristics and Diagrams《高频传输和接收天线的特性与图表》.pdf

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1、 Rec. UIT-R BS.705-1 1 RECOMENDACIN UIT-R BS.705-1*Caractersticas y diagramas de las antenas transmisoras y receptoras en ondas decamtricas* (1990-1995) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que la Resolucin UIT-R 31 decidi que se publicase por separado una Recomendacin que c

2、ontuviese un conjunto revisado de diagramas de antenas de radiodifusin en ondas decamtricas, en unin de otra informacin pertinente; b) que los diagramas publicados en la Recomendacin deben ser fciles de entender y utilizar por los ingenieros de planificacin y diseo, pero contener toda la informacin

3、de utilidad necesaria; c) la experiencia obtenida con las anteriores ediciones de la publicacin del ex CCIR Diagramas de Antenas; d) que las caractersticas de las antenas en ondas decamtricas incluidas en los Anexos 1 y 2 a esta Recomendacin tienen una amplia aplicacin, considerando adems e) que el

4、diagrama de radiacin de las antenas en ondas decamtricas tambin debe tenerse en cuenta al planificar los servicios de radiodifusin sonora en la banda 7 (ondas decamtricas); f) que hasta el presente no se ha definido al respecto ningn diagrama de radiacin de la antena receptora; g) que el entorno de

5、recepcin afecta de manera significativa al diagrama de radiacin de las antenas receptoras; h) que para la recepcin de la radiodifusin sonora en la banda 7 (ondas decamtricas) se utiliza a menudo una antena de ltigo vertical corta, recomienda 1 que las frmulas, ilustradas por los diagramas de muestra

6、s, contenidas en el Apndice 1 al Anexo 1 a esta Recomendacin, as como los correspondientes programas de computador, deben utilizarse para evaluar las prestaciones de las antenas transmisoras en ondas decamtricas, particularmente para fines de planificacin; 2 que la frmula, ilustrada por un diagrama

7、de muestras, contenida en la Parte 1 del Anexo 2 a esta Recomendacin se utilice para evaluar las prestaciones de la antena receptora a fin de planificar los servicios de radiodifusin sonora en la banda 7 (ondas decamtricas). _ *La Comisin de Estudio 6 de Radiocomunicaciones efectu modificaciones de

8、redaccin en esta Recomendacin en 2002 de conformidad con la Resolucin UIT-R 44. *Se ruega al Director de la Oficina de Radiocomunicaciones que seale a la atencin de la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI) el 2 de la Parte 2 al Anexo 1. 2 Rec. UIT-R BS.705-1 NOTA 1 La Parte 1 al Anexo 1 contiene

9、 informacin detallada y completa sobre las caracters-ticas de las antenas transmisoras en ondas decamtricas. A partir de consideraciones tericas, se han elaborado programas de computador para calcular los diagramas de radiacin y la ganancia de los diferentes tipos de antena que figuran en el Apndice

10、 1 al Anexo 1. Para cualquier antena seleccionada, los datos disponibles a la salida incluyen la ganancia directiva, ganancia relativa para un determinado ngulo de acimut y elevacin, cuadros de la ganancia relativa con respecto al valor mximo y un cierto nmero de distintas salidas grficas. A fin de

11、mostrar alguna de las posibles salidas del procedimiento de clculo, se adjuntan diagramas de muestra. Las prestaciones de antenas reales utilizadas en la prctica se desviarn, en cierta medida, de las caractersticas calculadas analticamente. La Parte 2 al Anexo 1 proporciona informacin relativa a esa

12、 desviacin, obtenida a partir de resultados de un conjunto completo de mediciones efectuadas por diferentes administraciones mediante tcnicas modernas. ANEXO 1 Antenas transmisoras en ondas decamtricas NDICE Pgina Parte 1 Caractersticas y diagramas de antenas transmisoras en ondas decamtricas 6 1 In

13、troduccin 6 2 Representacin geomtrica de los diagramas de radiacin de las antenas . 7 2.1 Representacin grfica 8 3 Diagramas de radiacin y clculo de la ganancia 10 3.1 Consideraciones generales 10 3.2 Diagramas de radiacin 10 3.3 Directividad y ganancia 11 3.4 Efecto del terreno 11 4 Sistemas de dip

14、olos horizontales . 13 4.1 Consideraciones generales 13 4.2 Designacin de los sistemas de dipolos horizontales . 14 4.2.1 Sistemas de dipolos horizontales dispuestos verticalmente (antenas de cortina) 14 Rec. UIT-R BS.705-1 3 Pgina 4.2.2 Sistemas de dipolos horizontales dispuestos horizontalmente (a

15、ntenas tropicales) 15 4.2.3 Sistemas omnidireccionales de dipolos horizontales . 16 4.2.3.1 Antenas de cuadrante. 16 4.2.3.2 Antenas de dipolos cruzados . 17 4.3 Desviacin 17 4.4 Sistemas de dipolos horizontales dispuestos verticalmente 19 4.5 Sistemas de dipolos horizontales dispuestos horizontalme

16、nte (antenas tropicales) . 21 4.6 Sistemas de dipolos horizontales con ganancia omnidireccional . 22 4.6.1 Consideraciones generales . 22 4.6.2 Antenas de cuadrante . 22 4.6.3 Antenas de dipolos cruzados 22 4.7 Clculo de los diagramas de los sistemas de dipolos horizontales. 22 4.7.1 Consideraciones

17、 generales . 22 4.7.1.1 Sistemas de dipolos de media onda con alimentacin por el centro . 27 4.7.1.2 Sistemas de dipolos de media onda alimentados por el extremo 27 4.7.2 Clculo del factor de sistema, Sz28 4.7.2.1 Sistemas de dipolos de media onda dispuestos verti-calmente. 28 4.7.2.2 Sistemas de di

18、polos de media onda para radiodifusin tropical . 29 4.7.3 Clculo del factor de sistema, Sy29 4.7.3.1 Sistemas de dipolos de media onda alimentados por el centro . 30 4.7.3.2 Sistemas de dipolos de media onda alimentados por el extremo 30 4.7.4 Clculo del factor de sistema, Sx30 4.7.4.1 Antenas con r

19、eflector de pantalla aperidico. 31 4.7.4.2 Antenas de reflector sintonizado . 34 4.7.4.3 Sistemas de dipolos alimentados por el centro para radio-difusin tropical. 34 4 Rec. UIT-R BS.705-1 Pgina 4.7.5 Clculo de los diagramas de radiacin para sistemas de dipolos horizontales con ganancia omnidireccio

20、nal . 35 4.7.5.1 Antenas de cuadrante. 35 4.7.5.2 Antenas de dipolo cruzado 36 5 Antenas log-peridicas . 38 5.1 Consideraciones generales 38 5.2 Designacin de las antenas log-peridicas . 38 5.2.1 Designacin de las antenas log-peridicas horizontales 38 5.2.2 Designacin de las antenas log-peridicas ve

21、rticales 39 5.3 Clculo de los diagramas de las antenas log-peridicas horizontales 40 5.3.1 Teora bsica 41 5.3.2 Procedimiento de clculo . 44 5.3.2.1 Solucin aproximada del problema interior 45 5.4 Clculo de los diagramas de las antenas log-peridicas verticales. 52 5.4.1 Teora bsica 53 5.4.2 Procedim

22、iento de clculo . 54 6 Antenas rmbicas . 54 6.1 Consideraciones generales 54 6.2 Designacin de las antenas rmbicas . 54 6.3 Clculo de los diagramas de antenas rmbicas. 55 7 Monopolos verticales 57 7.1 Consideraciones generales 57 7.2 Designacin de los monopolos verticales. 58 7.3 Monopolo vertical e

23、n terreno homogneo llano, sin un sistema de tierra 58 7.4 Monopolo vertical en terreno homogneo llano, con sistema de tierra 60 7.4.1 Monopolo vertical en terreno homogneo llano imperfectamente conductor, con un sistema de tierra compuesto por un disco circular slido de conductividad infinita. 60 7.

24、4.2 Monopolo vertical en terreno homogneo llano, con un sistema de tierra compuesto por cierto nmero de hilos radiales de longitud y dimetro dados . 61 8 Ejemplos de diagramas 63 Rec. UIT-R BS.705-1 5 Pgina Parte 2 Aspectos prcticos de las antenas transmisoras de ondas decamtricas . 64 1 Introduccin

25、 64 2 Mediciones de los diagramas de radiacin de las antenas 64 2.1 Mtodo de medicin . 64 2.2 Consideraciones cuando se utiliza un helicptero para las mediciones 64 2.3 Equipo de medicin 65 2.4 Procedimientos de medicin. 65 2.5 Procesamiento de los datos medidos 68 3 Comparacin de los diagramas de r

26、adiacin tericos y medidos 70 3.1 Comparacin de la relacin frontal/dorsal terica y medida 73 4 Influencia de los alrededores en los diagramas de radiacin . 73 4.1 Topografa del terreno 73 4.2 Conductividad del suelo . 75 4.3 Otras estructuras del emplazamiento 76 5 Variaciones en el rendimiento prcti

27、co de las antenas . 77 5.1 Diagrama de radiacin en acimut . 78 5.2 Diagrama de radiacin desviado. 79 5.3 Mnimo nivel de radiacin prctico a efectos de planificacin 82 6 Idoneidad y aplicacin de las antenas. 83 6.1 Antenas de dipolos horizontales . 83 6.2 Antenas de cortina giratorias 83 6.3 Antenas r

28、mbicas 84 6.4 Antenas log-peridicas de acimut fijo 84 6.5 Antenas log-peridicas giratorias . 84 6.6 Eleccin de la antena ptima 84 Apndice 1 Ejemplos de diagramas 87 6 Rec. UIT-R BS.705-1 PARTE 1 AL ANEXO 1 Caractersticas y diagramas de antenas transmisoras en ondas decamtricas 1 Introduccin El props

29、ito de la Parte 1 de este Anexo es proporcionar informacin completa y detallada sobre las caractersticas tericas de las antenas transmisoras en ondas decamtricas. Para algunos de los tipos de antenas incluidos, el planteamiento analtico seguido consiste en calcular su diagrama de radiacin y su ganan

30、cia directiva. Aunque a efectos de simplicidad se utilizaron los siguientes supuestos: la antena se halla situada en un terreno llano, homogneo e imperfectamente conductor; la antena estaba constituida por finos hilos lineales, y en los elementos radiantes se daba una distribucin de corriente sinuso

31、idal. Se observ que los algoritmos desarrollados en base a la actual literatura especializada ofrecan una buena combinacin de exactitud y facilidad de clculo. Se verific asimismo que el mtodo de aplicacin de los coeficientes de reflexin en presencia de terreno imperfecto era correcto. Se ha adaptado

32、 el mtodo de clculo de la ganancia mxima de las antenas a fin de tomar adecuadamente en cuenta la influencia de las distintas conductividades de los suelos. Se han estudiado las bases tericas, y se han obtenido las frmulas pertinentes. Se han elaborado tambin programas informticos para calcular los

33、diagramas de radiacin y la ganancia correspondientes a los siguientes tipos de antena utilizadas por las administraciones para los servicios de radiodifusin por ondas decamtricas y de otros tipos: sistemas de dipolos horizontales de media onda; antenas de cuadrante y dipolos cruzados; antenas log-pe

34、ridicas; antenas tropicales; antenas rmbicas; y monopolos verticales. Hay que sealar que en esta Recomendacin, los programas informticos forman parte integrante de la presente publicacin, permitiendo as al lector efectuar su propio clculo para cualquier tipo de antena que desee en condiciones variab

35、les. Para un tipo de antena determinado, los datos de salida disponibles son la ganancia directiva, la ganancia relativa para un ngulo de elevacin y de acimut particular, los cuadros de ganancia con respecto a la mxima y un cierto nmero de distintas salidas grficas. Por ello, slo se incluyen unos po

36、cos diagramas de muestra, con los que ilustrar algunos de los posibles resultados del procedimiento de clculo. Es de esperar que esta parte proporcione al ingeniero un instrumento til para el desarrollo, la planificacin y la explotacin de los sistemas radioelctricos. Rec. UIT-R BS.705-1 7 Las presta

37、ciones de las antenas reales utilizadas en la prctica se desvan en cierta medida de las caractersticas obtenidas de manera analtica. En la Parte 2 de este Anexo se facilita informacin sobre esa desviacin obtenida a partir de los resultados de un amplio conjunto de mediciones efectuadas por varias ad

38、ministraciones con tcnicas modernas. 2 Representacin geomtrica de los diagramas de radiacin de las antenas Una antena puede estar compuesta por un elemento radiante o un sistema de elementos radiantes. La distribucin, o diagrama, de radiacin espacial de una antena puede representarse por un lugar ge

39、omtrico tridimensional de puntos, en el que cada punto tiene un valor de fuerza cimomotriz (f.c.m.)*con base en una semiesfera situada por encima del terreno, con centro en la antena y con un radio grande en comparacin con las dimensiones fsicas y elctricas de la antena. La f.c.m. en un punto de la

40、esfera se expresa en dB por debajo de la f.c.m., punto que se designa por 0 dB. Se ha supuesto un diagrama de radiacin tridimensional en el sistema de coordenadas de referencia de la Fig. 1. xyzOPr360 FIGURA 1Sistema de coordenadas de referenciaPunto de observacinTerreno homogneohorizontal llanoD001

41、_ *Las definiciones de fuerza cimomotriz y fuerza cimomotriz especfica pueden verse en la Recomendacin UIT-R BS.561. La fuerza cimomotriz en un punto dado del espacio es el producto de la intensidad de campo elctrico en ese punto producida por la antena y la distancia desde ese punto a la antena. Es

42、ta distancia debe ser suficientemente grande para que las componentes reactivas del campo sean despreciables. La f.c.m. (V) es numricamente igual a la intensidad de campo elctrico (mV/m) a una distancia de 1 km. La fuerza cimomotriz especfica en un punto es la f.c.m. en ese punto cuando la potencia

43、radiada por la antena es de 1 kW. 8 Rec. UIT-R BS.705-1 En un sistema de coordenadas polares esfricas se definen los siguientes parmetros: : ngulo de elevacin con la horizontal (0 90) : ngulo acimutal con el eje x (0 360) r : distancia entre el origen y el punto distante de observacin en que se calc

44、ula el campo elctrico lejano. 2.1 Representacin grfica Son posibles varias representaciones de un diagrama de radiacin tridimensional. Con gran frecuencia se utiliza un conjunto de determinadas secciones del diagrama de radiacin a determinados ngulos de elevacin (diagramas acimutales) y a determinad

45、os ngulos acimutales (diagramas verticales) para describir el diagrama de radiacin completo. Las secciones ms importantes son los diagramas acimutales para el ngulo de elevacin al que se produce la mxima f.c.m. y el diagrama vertical para el que se produce la mxima f.c.m., denominados respectivament

46、e diagrama de radiacin horizontal (DRH) y diagrama de radiacin vertical (DRV). Para representar el hemisferio y los contornos en el plano del papel se utiliza una transformacin sinusoidal, tambin llamada proyeccin Sanson-Flamsteed. La antena est situada en el centro de una esfera como la de la Fig.

47、2 en el sistema de coordenadas de referencia de la Fig. 1. zxyAEDHGKOPPIFCB = 0 = 90 = 0, 360 = 270 = 90FIGURA 2Sistema de coordenadas esfricasD002Rec. UIT-R BS.705-1 9 En esta proyeccin, el punto P(, ) de la esfera para el cuadrante 0 90, 0 90, es transformado en el punto P(, ) de un plano en el qu

48、e = y = cos . Se aplica una transformacin similar a los dems cuadrantes. En la proyeccin Sanson-Flamsteed que se muestra en la Fig. 3 para un hemisferio superior, el ecuador viene representado por una lnea horizontal y el meridiano central correspondiente a = 0 se convierte en una lnea perpendicular al ecuador que forma el eje vertical. Los paralelos del hemisferio son lneas rectas con igual separacin en el meridiano central proporcional al ngulo de elevacin. Los meridianos s