[PDF] Antenas - Ángel Cardama - 2da Edición

Antenas – Ángel Cardama – 2da Edición

Descripción

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.

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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  • Consideraciones generales sobre antenas
    1.1 Introducción
    1.2 Parámetros de antenas en transmisión
    1.2.1 Impedancia
    1.2.2 Intensidad de radiación
    1.2.3 Diagrama de radiación
    1.2.4 Directividad
    1.2.5 Polarización
    1.2.6 Ancho de banda
    1.3 Parámetros de antenas en recepción
    1.3.1 Adaptación
    1.3.2 Área y longitud efectiva
    1.4 Ecuación de transmisión
    1.4.1 Ecuación del radar
    1.5 Temperatura de ruido de antena
    1.6 Cuestiones
    1.7 Problemas
    2 Propagación
    2.1 Propagación en el espacio libre y en el entorno terrestre
    2.2 Efecto de la tierra
    2.2.1 Introducción
    2.2.2 Reflexión en tierra plana
    2.2.3 Difracción
    2.2.4 Onda de superficie
    2.3 Efecto de la troposfera
    2.3.1 Atenuación
    2.3.2 Refracción
    2.3.3 Difusión troposférica
    2.4 Efecto de la ionosfera
    2.4.1 Introducción
    2.4.2 Propagación en un medio ionizado
    2.4.3 Influencia del campo magnético terrestre
    2.4.4 Comunicaciones ionosféricas
    2.5 Modelización de la propagación en entornos complejos
    2.5.1 Introducción
    2.5.2 Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. El Modelo Okumuna-Hata
    2.5.3 Caracterización estadística de las pérdidas de propagación
    2.5.4 Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad
    2.6 Fuentes de ruido externo
    2.7 Resumen
    2.8 Cuestiones
    2.9 Problemas
    3 Fundamentos de radiación
    3.1 Ecuaciones de Maxwell
    3.1.1 Fuentes eléctricas y magnéticas. Dualidad
    3.2 Potenciales retardados
    3.3 Expresiones generales de los campos
    3.3.1 Aproximaciones a grandes distancias para los campos radiados
    3.3.2 Radiación de corrientes magnéticas
    3.3.3 Significado de los vectores de radiación
    3.3.4 Regiones de Fresnel y de Fraunhofer
    3.4 Teoremas de unicidad y equivalencia
    3.5 Teorema de reciprocidad
    3.6 Aplicación del teorema de reciprocidad
    3.6.1 Consecuencias del teorema de reciprocidad
    3.6.2 Relación entre parámetros de transmisión y de recepción. Longitud efectiva
    3.6.3 Coeficiente de desacoplo de polarización
    3.6.4 Impedancia de entrada e impedancias mutuas
    3.7 Cuestiones
    3.8 Problemas
    4 Análisis de antenas básicas
    4.1 Antenas elementales
    4.1.1 Dipolo elemental
    4.1.2 Espira circular elemental
    4.1.3 Solenoide cargado con ferrita
    4.1.4 Expresiones generales de para dipolos y espiras
    4.2 Dipolos
    4.3 Efecto de la tierra. Monopolos
    4.3.1 Teoría de imágenes
    4.3.2 Monopolos
    4.3.3 Efecto de una tierra imperfecta
    4.3.4 Efecto de un plano de tierra finito
    4.4 Antenas cargadas
    4.5 Cálculo de la matriz de impedancias entre dos dipolos
    4.5.1 Impedancia de entrada de un dipolo
    4.5.2 Impedancia mutua entre dipolos
    4.6. Sistemas de alimentación
    4.6.1 Redes de adaptación
    4.6.2 Antenas no alimentadas en su centro
    4.6.3 Alimentación en paralelo
    4.6.4 Dipolo doblado
    4.6.5 Simetrizadores y transformadores
    4.7 Cuestiones
    4.8 Problemas
    5 Agrupaciones de antenas
    5.1 Introducción
    5.2 Campos radiados por agrupaciones
    5.3 Diagrama de radiación de agrupaciones
    5.3.1 Factor de la agrupación
    5.3.2 Representación gráfica del factor de la agrupación
    5.3.3 Diagrama de una agrupación de dos elementos
    5.3.4 Polinomio de la agrupación
    5.4 Distribuciones de corrientes típicas
    5.4.1 Uniforme
    5.4.2 Triangular
    5.4.3 Binómica
    5.4.4 Comparación de las características
    5.4.5 Descomposición en suma o convolución
    5.5 Agrupación lineal uniforme
    5.5.1 Agrupaciones transversales y longitudinales
    5.6 Directividad de agrupaciones lineales
    5.6.1 Expresión general de la directividad para agrupaciones ordinarias
    5.6.2 Expresión general aproximada del ancho de haz y la directividad
    5.6.3 Relación entre alimentación, directividad y diagrama
    5.7 Agrupaciones bidimensionales
    5.8 Síntesis de agrupaciones
    5.8.1 Método de Schelkunoff
    5.8.2 Síntesis de Fourier
    5.8.3 Síntesis de Woodward-Lawson
    5.8.4 Síntesis de Chebychev
    5.8.5 Síntesis de Taylor
    5.8.6 Agrupaciones superdirectivas
    5.8.7 Agrupaciones adaptables
    5.9 Alimentación de agrupaciones
    5.10 Agrupaciones con elementos parásitos
    5.10.1 Antenas de Yagi-Uda
    5.11 Cuestiones
    5.12 Problemas
    6 Aperturas
    6.1 Campos radiados por aperturas
    6.1.1. Equivalente electromagnético de una apertura
    6.1.2 Expresiones generales de los campos radiados
    6.1.3 Apertura elemental
    6.1.4 Apertura rectangular
    6.1.5 Apertura circular
    6.2 Bocinas
    6.2.1 Bocinas sectoriales y piramidal
    6.2.2 Bocina cónica
    6.3 Ranuras
    6.3.1 Ranura elemental
    6.3.2 Ranura resonante
    6.3.3 Antenas impresas
    6.4 Reflectores
    6.4.1 Reflectores diédricos
    6.4.2 Reflectores parabólicos
    6.4.2.1 Análisis geométrico
    6.4.2.2 Análisis electromagnético
    6.4.2.3 Parámetros
    6.4.2.4 Consideraciones de tipo práctico
    6.4.2.5 Tipos de alimentador
    6.4.2.6 Geometrías de reflector
    6.5 Lentes
    6.5.1 Análisis electromagnético
    6.5.2 Lentes escalonadas (zoned lenses)
    6.5.3 Lentes TEM
    6.5.4 Lentes de Luneburg
    6.5.5 Compararación entre reflectores y lentes
    6.6 Cuestiones
    6.7 Problemas
    7 Antenas de banda ancha
    7.1 Introducción
    7.2 Antenas de hilo
    7.3 Otras antenas de banda ancha
    7.4 Hélices
    7.5 Antenas independientes de la frecuencia
    7.5.1 Espirales
    7.6 Antenas logoperiódicas
    7.7 Antenas fractales
    7.8 Cuestiones
    7.9 Problemas
    8 Métodos numéricos
    8.1 Introducción
    8.1.1 Planteamiento de la solución
    8.1.2 Clasificación de los métodos numéricos
    8.2 Métodos integrales
    8.2.1 Aplicación del teorema de equivalencia
    8.2.2 Formulación de las ecuaciones integrales
    8.2.3 Alimentación
    8.3 Discretización de las ecuaciones integrales
    8.3.1 Método de los momentos
    8.3.2 Método del gradiente conjugado
    8.3.3 Funciones base y peso
    8.4 Métodos de alta frecuencia
    8.4.1 Óptica física
    8.4.2 Método de las corrientes equivalentes (MEC)
    8.4.3 Métodos asintóticos o de trazado de rayos
    8.4.4 Ondas de superficie
    8.4.5 Análisis en alta frecuencia de superficies arbitrarias
    8.5 Cuestiones
    8.6 Problemas
    9 Medida de antenas
    9.1 Introducción
    9.2 Medida de diagramas de radiación. Campos de medida
    9.2.1 Criterios de diseño de los campos de medida
    9.2.2 Campos de medida
    9.2.3 Instrumentación de medida
    9.3 Medida de ganancia
    9.4 Medida de directividad
    9.5 Medida de impedancia
    9.6 Medida de la distribución de corriente
    9.7 Medida de polarización
    9.8 Medida de la temperatura de antena
    9.9 Modelos a escala
    9.10 Medidas en campo próximo
    9.10.1 Formulación del caso plano
    9.10.2 Campo próximo cilíndrico y esférico
    9.10.3 Ventajas e inconvenientes de la medida en campo próximo
    9.11 Cuestiones
    9.12 Problemas
    Anexo A Solución de la ecuación de onda. Función de Green
    Anexo B Directividad de agrupaciones
    B.1 Método gráfico
    B.2 Relación entre alimentación, directividad y diagrama
    Anexo C Símbolos y constantes físicas
    Anexo D Operadores vectoriales y transformación de coordenadas
    Anexo E Funciones
    Anexo F Respuestas a las cuestiones y a los problemas
    Bibliografía
    Índice alfabético de materias
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