Densidad de potencia capturada
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. Densidad de Potencia e Intensidad de Campo.
Las ondas electromagnéticas representan un flujo de energía en la dirección de propagación. La proporción en la cual la energía cruza una superficie dada, se llama Densidad de Potencia.
Por lo tanto, la densidad de potencia es energía por unidad de tiempo (Potencia), por unidad de área, y normalmente se expresa en Watts/m². La Intensidad de Campo es la intensidad de los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética propagándose en el espacio libre.
La intensidad de campo eléctrico se expresa en Volts/m. Matemáticamente la densidad de potencia es:
P = E . H (W/m²)
2. Propagación en el espacio libre
Las ondas de radio, al igual que la luz se propagan por el espacio libre en línea recta con una velocidad de 300x106. En el espacio libre no hay pérdidas de energía pero si atenuación ocasionada por la dispersión de las ondas. Aun cuando la atmósfera terrestre no es espacio libre puede tratarse como tal si se cumplen determinadas condiciones
. Atenuación en el Espacio Libre.
El radiador isotrópico, es decir aquel que irradia igualmente en todas direcciones, si bien no existe en la práctica, tiene una carácterística de radiación simple y predecible, además frecuentemente se aproxima a situaciones reales con algunas modificaciones. Un radiador isotrópico producirá un frente de ondas esféricas como si se dibujara una esfera concéntrica al radiador, con cualquier longitud de radio, como se muestra
Ganancia de la Antena Transmisora.
En un sistema de comunicaciones real, es muy importante conocer la intensidad de señal en la entrada del receptor. Esto depende de la potencia del transmisor y de la distancia entre el transmisor y el receptor, pero existen otros dos factores muy importantes, las antenas transmisoras y receptoras. Antes de entrar en detalle sobre el diseño de
Si la antena transmisora tiene ganancia en una determinada dirección, la densidad de potencia en esa dirección se incrementa por la ganancia de la antena y la ecuación para la densidad de potencia se convierte en:
Donde,
Pd =Densidad de Potencia en watts/m².
Pt= Potencia total del transmisor.
Gt= Ganancia de la antena del transmisor.
Ganancia de la antena receptora.
Una antena receptora absorbe parte de la energía de las ondas de radio que pasan por ella. Puesto que la potencia en la onda es proporcional al área por la que pasa, es razonable que u na antena grande capte más energía que una pequeña, debido a que cubre un área más grande. Así mismo parece lógico que algunas antenas sean más eficientes para absorber potencia en unas direcciones que en otras. Por ejemplo, un plato parabólico para comunicaciones por satélite no sería muy eficaz si se apuntara
Aunque precisa esta ecuación no es muy conveniente. La ganancia y la atenuación por lo común se expresan en dB y no directamente en razones de potencias, es más probable que la distancia entre el transmisor y el receptor se de en Km que en metros, y la frecuencia de la señal en MHz más que en longitudes de onda, aplicando logaritmo a ambos términos de la ecuación se obtiene:
Donde.
d= Distancia entre el transmisor y el receptor en Km.
f = Frecuencia en MHz.
Conocida como ecuación de la atenuación en el espacio libre.
Ejemplo .
Calcular la pérdida en trayectoria por el espacio libre para una frecuencia de portadora de 6 GHz y una distancia de 50 km.
Lp = 32.4 + 20 log 6000 + 20 log 50
= 142 dB Expresión en kHz.
= 92.4 + 20 log 6 + 20 log 50
= 142 dB Expresión en GHz.
Ejemplo:
Un trasmisor tiene una salida de potencia de 150 W a una frecuencia portadora de 325 MHz. Se conecta a una antena con una ganancia de 12 dBi. La antena receptora se ubica a 10 km,- y tiene una ganancia de 5 dBi. Calcule la potencia entregada al receptor, suponiendo propagación de espacio libre, suponga también que no hay pérdidas o desacoplamientos en el sistema
Lfs = 32.44 + (20 log d(km)) + (20 log f(MHz.)) – (GT(dBi)) – (GR(dBi))
= 32.44 + 20 log 10 + 20 log 325 – 12 – 5
= 85.7 dB pérdida de potencia en dB.
Teniendo en cuenta que Lfs = 10 log PT /PR
10 log PT /PR = 85.7
log PT /PR = 85.7 /10
PT /PR = antilog
85.7
10
PR = PT / antilog (85.7/10)
= 150W/ 372 x 106
= 404 x10-9 W
= 404 nW