27 diciembre 2012

Guía básica para diseñar aplicaciones de radiofrecuencia (3ª PARTE)


Ver 2ª PARTE

Velocidad y longitud de onda de las ondas de radio

En el espacio libre la velocidad de propagación de las ondas de radio es la misma que la de la luz, aproximadamente 300.000 km/s. La velocidad cae ligeramente cuando pasa a través de un conductor tal como una antena o cable. La longitud de onda λ (lambda) de las ondas de radio es como sigue; si la frecuencia de la onda de radio es f, y la velocidad de la onda de radio en un vacío es C, entonces:


Intensidad de campo eléctrica en una localización arbitraria

Es obvio que recibir voz por teléfono móvil exige que haya ondas de radio en esa localización. Aunque la existencia o no de ondas de radio en gran medida está relacionado con la distancia de la antena de transmisión, es la intensidad del campo eléctrico lo que indica la intensidad de las ondas de radio en una localización.

Intensidad de campo eléctrico en una localización arbitraria

Cuando consideremos las características teóricas de las ondas de radio y antenas, un método disponible es usar como referencia una antena virtual. Esta antena teórica se llama antena isotrópica. Las antenas isotrópicas son antenas puntuales, que pueden emitir y recibir ondas de radio en todas direcciones con una cierta intensidad de campo.

La potencia por unidad de área en una localización D (m) de una antena isotrópica con potencia P(W), se llama densidad de potencia, PD (w/m2), y su valor es:



Adicionalmente, el valor del vector de Poynting PV (w/m2) en esa localización se calcula con la siguiente expresión, asumiendo intensidad de campo eléctrico E (V/m).


Ya que la densidad la densidad de potencia y el vector Poynting son iguales, la intensidad del campo eléctrico de la localización a una distancia D (m) es:


Intensidad de campo eléctrico y potencia recibida

Es posible encontrar la potencia recibida de una antena desde la intensidad de campo eléctrico en la localización donde la antena se coloca. Lo siguiente es el cálculo de la potencia recibida en espacio libre. Actualmente, hay una variedad de factores de pérdida de propagación, y no es posible simplemente calcularlo, pero es posible encontrar valores aproximados y tendencias.

Adicionalmente, ya que hay muchos dispositivos de radio móviles en uso a una algura de 1 m sobre el nivel del suelo, presentamos los cálculos de pérdida de propagación para dos modelos de onda.

Cálculo de la potencia recibida con la fórmula de transmisión de Friis

La fórmula de transmisión de Friis muestran la relación entre la potencia transmitida y la potencia recibida en la localización D (m). Es posible encontrar la potencia recibida desde la densidad de potencia PD de la localización de recepción y el área efectiva AR de la antena receptora. Ya que PR = PD * AR, la potencia recibida se obtiene de la siguiente forma (en W):

  • PRPT = Potencia (W)
  •  ATAR = Área efectiva de la antena (m2).
  • GTGR = Ganancia absoluta de la antena (veces).
  • D = Distancia de transmisión (m)
  • PD = Densidad de potencia (W/m2).
  • E = Intensidad de campo eléctrico (V/m).

Cálculo de la potencia recibida con el vector Poynting y el área efectivo de la antena

Es posible encontrar la potencia recibida desde el vector de Poynting PV de la localización de recepción y el área efectiva de la antena de recepción AR. Si la intensidad de campo de la localización de recepción  y la ganancia absoluta de la antena de recepción es conocida, es posible encontrar la potencia recibida.
  • PRPT = Potencia (W)
  •  ATAR = Área efectiva de antena (m2).
  • GTGR = Ganancia absoluta de antena (veces).
  • D = Distancia de transmisión (m).
  • PD = Densidad de potencia

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