PROBLEMAS PARCIAL UNO APLICACIÒN DE LAS TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES Fecha de Inicio: 2 de mayo de 20! Fecha de conc"#$i%n & de Mayo PROCEDIMIENTO DE CALIFICACIÒN
Resolverán los problemas y pasarán a resolver 2 de manera aleatoria explicando cada una de las acciones teóricas que usadas para el razonamiento. Entrega de los problemas: 5 puntos Resolución de 2 problemas en el pizarrón sin hacer uso de sus apuntes ! puntos "ontestación a # preguntas de razonamiento ! puntos ALUMNO 'UE SE LE SORPRENDA NO ATENDIENDO ATENDIENDO SE LE RESTARAN RESTARAN ( PUNTOS EN ESA CLASE ) POSIBLEMENTE SE LE OBLI*UE A SALIR
1.
"alcula la densidad de potencia cuando la potencia irradiada es de !!! $. y la distancia a la antena isotrópica es de 2! %m.
2.
"alcula la densidad de potencia del problema cuando la distancia es de #!%m de la antena.
3.
&'u( le ocurre a la densidad de potencia si se eleva al triple la distancia a la antena de transmisión)
4.
"alcula el horizonte de radio para una antena de transmisión de !! pies de alto y una antena de recepción de 5! pies de alto.
5.
"alcula el horizonte de radio para una antena de transmisión de !! m de alto y una antena de recepción de 5! m de alto.
6.
"alcula la máxima *recuencia +til para una *recuencia cr,tica de !-hz. un ángulo de incidencia de /50.
7.
1ara una potencia irradiada de 1 rad ! %$ "alcula la intensidad de volta3e a 2! %m. 4e la *uente.
8.
"alcula el cambio de densidad de potencia cuando la distancia a la *uente aumenta en un *actor de /.
9.
a densidad de potencia en un punto es de !.!! 6$7 y en otro punto es de !.!!!! 6$ para la misma se8al. "alcula la atenuación en decibelios.
10. 1ara una relación diel(ctrica
re*racción 9r
=r2>=r !.?
y un ángulo de incidencia 9i 207 "alcula el ángulo de
11. 11. "alcula la distancia al horizonte de radio para una antena a /! pies sobre el nivel del mar
radio para una antena que está a /! pies pies sobre cumbre de una monta8a a /!!! 12. "alcula la distancia al horizonte de radio pies de altura. 13. "alcula la distancia máxima entre antenas id(nticas equidistantes sobre el nivel del mar para el problema # 14. "alcula la densidad de potencia cuando la potencia irradiada es de 2!! $ a 5! %m de una antena isotrópica. 15. "alcula la densidad de potencia para el problema y un punto a !! ;m de la misma antena 16. &'u( la ocurre a la densidad de potencia si la distancia a una antena de transmisión se reduce en un *actor de #) 17. a densidad de potencia en un punto es de !.!!2 6$ y en otro punto para la misma se8al es de !.!!!!2 6$7
calcula la atenuación en d<.
18. "alcula la máxima *recuencia +til cuando la *recuencia cr,tica es de 2! -@z. el á ngulo de incidencia es de
#50. 19.
"alcula el cambio de densidad de potencia cuando la distancia a la *uente disminuye en un *actor de ?
20.
"alcula el cambio de densidad de potencia cuando la distancia a la *uente aumenta en un *actor de ?
21.
Ai la distancia a la *uente se reduce a la cuarta parte7 &'u( e*ecto tiene sobre la densidad de potencia)
22.
a densidad de potencia en un punto es !.!!2 B$7 y en otro punto7 para la misma se8al es !.!!!!2 B$. "alcula la atenuación en d<.
23.
"alcula el ángulo de re*racción para una relación de diel(ctrico de !./ y un ángulo de incidencia 9i ?0
24.
4etermina la distancia al horizonte de radio de una antena de ?! pies sobre el nivel del mar
25.
4etermina la distancia al horizonte de radio de una antena de ?! pies sobre la cumbre de una monta8a de 5!!! pies.
26.
"alcula la distancia máxima entre antenas id(nticas7 a la misma altura sobre el nivel del mar que la del problema 2C
27.
"alcula la p(rdida en trayectoria para las siguientes *recuencias y distancias Drecuencia -hz
/!! ?!! #!!! 5!!! ?!!!
4istancia %mF
!.5 !. ! 5 2!
28.
"alcula el margen de desvanecimiento para una transmisión de microondas a #! %m. a se8al de radio*recuencia es ! G@z7 el terreno es agua y el ob3etivo de con*iabilidad es de CC.CC5 H
29.
&"ual será la altura de una torre sobre el nivel del mar para cubrir una distancia horizonte de 2! %m)
30.
&"ual será la altura de una torre sobre el nivel del mar para cubrir una distancia de 5 millas)
31.
&"ual será la altura de una torre sobre el nivel del mar para cubrir una distancia horizonte de 2! %m)
32.
&"uál será la altura de una torre sobre el nivel del mar para cubrir una distancia horizonte de 2! millas)
33.
"alcula la p(rdida en trayectoria para las siguientes *recuencias y distancias Drecuencia G@z
/ ? ?. 2/
4istancia %mF
!.5 !. 5 25
34.
"alcula el margen de desvanecimiento para una transmisión de microondas a 5 %m. a se8al de radio*recuencia es ! G@z7 el terreno es agua y el ob3etivo de con*iabilidad es de CC.CCC H
35.
determina la cantidad de p(rdida por sensibilidad al terreno para una portadora de / G@z que se propaga sobre un área monta8osa muy seca.
36.
4etermina el margen de desvanecimiento para un salto de microondas de /5 %m. a radio*recuencia de portadora es deC G@z7 el terreno es muy liso y seco, y el objetivo de confiabilidad es de 99.99.
IEJRKL 4E RLMJNL-OENIJ El alumno a través de una investigación en diferentes fuentes dará respuesta a las siguientes preguntas como una forma de razonamiento a los problemas planteados.
. L que se le llama propagación R las ondas electromagn(ticas se da a trav(s del espacio libre y tambi(n se conocen como propagación de radio*recuencia o por sus siglas RD que en casos remotos (sta via3a incluso en el vac,o como se hab,a dicho anteriormente. Ae resalta una cualidad interesante y es que (stas se propagan a trav(s de cualquier material diel(ctrico incluyendo el aire pero no se propagan e*icientemente a en conductores con p(rdidas como el agua de mar porque los campos el(ctricos hacen que *luyan corrientes en el material7 que disipan con rapidez la energ,a de las ondas. 2. L que se le llama se8al el(ctrica) R son llamadas tambi(n se8ales análogas. 1ueden tener cualquier lectura dentro del rango y sólo están limitadas por las caracter,sticas de los instrumentos registradores e indicadores. Iransmiten al controlador en *orma continua los valores #. "uáles son las caracter,sticas principales de una onda el(ctrica) R Drecuencia *F ongitud F Lmplitud L /. 'ue es la amplitud de una onda el(ctrica) REs la máxima perturbación de la onda. a mitad de la distancia entre la cresta y el valle. 5. 'u( es la *recuencia de una onda el(ctrica)
RN+mero de veces que se repite la onda por unidad de tiempo. Ai se usa el @ertzio es el n+mero de veces que se repite la onda por cada segundo . 'ue es la longitud de onda de una onda el(ctrica) R 4istancia entre dos crestas. P. 'u( es el per,odo de una onda el(ctrica R >*recuencia. Es la inversa de la *recuencia. ?. 'u( es el ruido el(ctrico R a todas aquellas se8ales de inter*erencias7 de origen el(ctrico7 no deseadas y que están unidas a la se8al principal7 o +til7 de manera que la pueden alterar produciendo e*ectos que pueden ser más o menos per3udiciales . C. "omo se calcula la potencia de ruido el(ctrico)
R !. 'ue es el decibelio para que sirve y donde se usa R El t(rmino d< decibelioF y la escala de d< se utilizan en todo el mundo para medir los niveles de sonido. Esto permite7 por e3emplo7 expresar en decibelios la ganancia de un ampli*icador o la p(rdida de un atenuador sin necesidad de re*erirse a la potencia de entrada que7 en cada momento7 se les est( aplicando. . 'ue es el decibelio mili d q a dirección y sentido del vector E están dados por la dirección de la *uerza D un vector F que act+a sobre la carga de prueba positiva puesta en ese punto. Esta *uerza se calcula seg+n la ey
de "oulomb. as cargas q de prueba en la ley de "oulomb al dividirla por q7 se simpli*ican y te queda E ;o ' > r /. 'ue es la densidad de potencia y en que unidades se mide R a S4ensidad de 1otencia se de*ine como la S1otencia por unidad de Trea U$>m2V o $atts por metro cuadrado7 pero es com+n el uso de densidades de potencia expresadas en mili Watts por cent,metro cuadrado Um$>cm2V7 o tambi(n en micro Watts por cent,metro cuadrado UB$>cm2V7 siendo equivalentes a ! $>m2 y !7! $>m2 respectivamente. 5. 'u( es la permeabilidad magn(tica R Es una medida de la intensidad del campo magn(tico inducido. en cierta *orma7 la permeabilidad magn(tica de los materiales magn(ticos es análoga a la constante diel(ctrica de los materiales diel(ctricos. sin embargo7 la permeabilidad magn(tica de un material *erromagn(tico no es una constante7 sino que var,a cuando el material es imanado. la permeabilidad magn(tica de un material magn(tico se mide generalmente como su permeabilidad inicial i o como su permeabilidad máxima más a. los materiales magn(ticos que son *ácilmente imanados tienen alta permeabilidad magn(tica. *erromagn(ticos: el *erromagnetismo es un *enómeno *,sico en el que se produce ordenamiento magn(tico de todos los momentos magn(ticos de una muestra7 en la misma dirección y sentido. 1aramagn(ticos: el paramagnetismo es la tendencia de los momentos magn(ticos libres esp,n u orbitalesF a alinearse paralelamente a un campo magn(tico. . 'u( es la permitividad el(ctrica7 que representa R Es una constante *,sica que describe cómo un campo el(ctrico a*ecta y es a*ectado por un medio. a permitividad del vac,o es ?7?5/?P?Px!X2 D>m. a permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo el(ctrico y de esa *orma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad el(ctrica. 1or e3emplo7 en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga el(ctrica se almacene con un campo el(ctrico menor y7 por ende7 a un potencial menor7 llevando a una mayor capacidad del mismo P. L qu( se le llama resistencia el(ctrica R es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito el(ctrico cerrado7 atenuando o *renando el libre *lu3o de circulación de las cargas el(ctricas o electrones. "ualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito el(ctrico representa en s, una carga7 resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente el(ctrica. ?. L que se le llama reactancia inductiva R es cuando circula una corriente alterna en una bobina7 y la corriente almacenada es devuelta en *orma de campo magn(tico C. L qu( se le llama reactancia capacitiva R es el tipo de reactancia que se opone al cambio del volta3e por lo cual se dice que la corriente iF adelanta al volta3e vF por C!07 por lo cual al represetar este de*asamiento en un diagrama de onda senoidal y>o de *asores la corriente irá C!0 adelante del volta3e
2!. L que se le llama *actor de potencia R es la relación entre las 1otencias Lctiva 1F y Lparente AF. Ai la onda de corriente alterna es per*ectamente senoidal7 D1 y cosY coinciden. Ai la onda no *uese per*ecta A no estar,a +nicamente compuesta por 1 y '7 sino que aparecer,a una tercera componente suma de todas las potencias que genera la distorsión. L esta componente de distorsión le llamaremos 4. 2. L que se le llama Radio*recuencia) R as *recuencias del espectro electromagn(tico que se utilizan en las radiocomunicaciones. Zl espectro electromagn(tico se re*iere a cómo se distribuye la energ,a de las ondas electromagn(ticas. Este espectro queda determinado por las radiaciones que se emiten. as ondas7 por su parte7 suponen la propagación de esta radiación7 acarreando energ,a. Esto quiere decir que el espectro electromagn(tico abarca desde las radiaciones con longitud de onda más peque8a los rayos gammaF hasta las radiaciones con longitud de onda más amplia las ondas de radioF. a *recuencia de las ondas se mide en hercios 22. 'ue son los rayos y *rentes de ondas R Aon auxiliares para ilustrar los e*ectos de la propagación de ondas electromagn(ticas a trav(s del espacio vac,o Qn rayo es una l,nea trazada a lo largo de la dirección de propagación de una onda electromagn(tica. os rayos se usan para mostrar la dirección relativa de la propagación de la onda electromagn(tica: sin embargo7 no necesariamente representan la propagación de una sola onda electromagn(tica. 2#. 'ue es un radiador isotrópico R Ae llama radiador isotrópico a una antena imaginaria que radiase igual energ,a exactamente en todas las direcciones[ esta antena estar,a en el centro de una es*era en la que todos los puntos de su super*icie recibir,an la misma cantidad de energ,a. El radiador isotrópico solo existe teóricamente7 ya que un punto situado en el centro de la es*era no puede ser una antena7 puesto que (sta exige unas dimensiones *,sicas de acuerdo con la *recuencia de traba3o y por lo tanto tendrá una mayor radiación hacia unos puntos que hacia otros. 2/. L que se le llama atenuación de ondas y de que depende. R El campo electromagn(tico continuo se dispersa a medida que el *rente de onda se ale3a de la *uente7 lo que hace que las ondas electromagn(ticas se ale3en cada vez mas entre si7 en consecuencia7 la cantidad de ondas por unidad de área es menor. 4epende de su *recuencia7 y es relativamente insigni*icante a menos de unos ! G@z. Ls, tambi(n la absorción de una onda depende del medio en que se propague. as p(rdidas por absorción no dependen de la distancia a la *uente de radiación7 sino más bien a la distancia total que la onda se propaga a trav(s de la atmós*era7 es decir7 cuando la onda se propaga a trav(s de un medio homog(neo y cuyas propiedades son uni*ormes7 las perdidas por absorción en el primer ;ilómetro de propagación son las mismas que en el ultimo ;ilómetro 25. L que se le llama absorción de onda y a que se debe R a causa de la absorción de las ondas electromagn(ticas al via3ar por el aire es que el aire no es un vac,o7 sino que está *ormado por átomos y mol(culas de distintas substancias gaseosas7 l,quidas y sólidas. Estos materiales pueden absorber a las ondas electromagn(ticas causando p(rdidas por absorción. "uando la onda electromagn(tica se propaga a trav(s de la atmós*era terrestre7 se trans*iere energ,a de la onda a los átomos y mol(culas atmos*(ricos 2. "uáles son las *recuencias que no son a*ectadas por la absorción de la tierra
R 4epende de su *recuencia. y es relativamente insigni*icante a menos de unos ! G@z. a *ig. CX/ muestra # absorción atmos*(rica. con decibeles por ;ilómetro. 4ebida al ox,geno y al vapor de agua. 1ara radio*recuencias mayores de ! G@z. Ae aprecia que ciertas *recuencias se a*ectan más J menos por la absorción7 y se producen pico y valles en las curvas 2P. L que se le llama un medio homog(neo R Qn medio es homog(neo cuando mantiene las mismas propiedades *,sicas y qu,micas en todos y cada uno de sus puntos. 1or e3emplo si se tiene un vaso de agua pura7 será un medio homog(neo porque en todos sus puntos tiene las mismas propiedades. a atmós*era no es un medio homog(neo porque hay nubes7 a medida que subimos su densidad es menor7 etc. Ai miramos un trozo de granito7 veremos que no es homog(neo porque podemos distinguir di*erentes propiedades7 como el color7 en di*erentes sectores del cuerpo 2?. "uáles son las principales propiedades ópticas de las ondas de radio R as ondas electromagn(ticas no necesitan un medio material para propagarse. Ls,7 estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Iierra desde el Aol y las estrellas. Re+"e,i%n y Re+-acci%n : Ai un rayo de luz que se propaga a trav(s de un medio homog(neo incide sobre la super*icie de un segundo medio homog(neo7 parte de la luz es re*le3ada y parte entra como rayo re*ractado en el segundo medio7 donde puede o no ser absorbido. Po"a-i.aci%n os átomos de una *uente de luz ordinaria emiten pulsos de radiación de duración muy corta. "ada pulso procedente de un +nico átomo es un tren de ondas prácticamente monocromático con una +nica longitud de ondaF. Di+-acci%n: Es el *enómeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende despu(s de pasar 3unto al borde de un ob3eto sólido o atravesar una rendi3a estrecha7 en lugar de seguir avanzando en l,nea recta. S#/e-/o$ici%n e Ine-+e-encia: Es el e*ecto que se produce cuando dos o más ondas se solapan o entrecruzan. "uando las ondas inter*ieren entre s,7 la amplitud intensidad o tama8oF de la onda resultante depende de las *recuencias7 *ases relativas posiciones relativas de crestas y vallesF y amplitudes de las ondas iniciales. 2C. L que se re*iere la re*racción R a re*racción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Aolo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la super*icie de separación de los dos medios y si estos tienen ,ndices de re*racción distintos. a re*racción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda se8alada. #!. "omo se mide el ángulo de incidencia ac al c ul arel angul odei nc i denc i aenl af or mul a: R par i =ar c sen( n2* s en( r ) ) / n1
#. "omo se mide el ángulo de re*racción R "uando un rayo incidente de luz pasa a trav(s de la inter*ase de dos medios7 por e3emplo agua y aire7 cambia su velocidad y dirección. "omo resultado7 el rayo re*ractado tiene un ángulo di*erente al del incidente. a ley de Anell establece la relación entre magnitudes de ángulos incidentes y re*ractados a trav(s de ,ndices de re*racción de dos medios. \Aenoángulo incidenteF>Aenoángulo re*ractadoF ,ndice de re*racción segundo medioF>,ndice de re*racción primer medioF\. El ,ndice de re*racción suele abreviarse como \n\.
#2. 'ue es el ángulo de re*racción R 1n#"o de -e+-acci%n : Es el Lngulo que *orma el rayo que pasa de un medio a otro y la normal a la super*icie de separación entre ambos medios en el punto de incidencia. ##. 'ue es el ,ndice de re*racción R Ae de*ine el ,ndice de re*racción como la velocidad de la luz en el vac,o7 dividido por la velocidad de la luz en el medio. #/. En el proceso de re*racción a que se le llama Sla normal al plano R #5. "omo obtiene el ,ndice de re*racción existen dos manerasF R El ,ndice de re*racción nF está de*inido como el cociente de la velocidad cF de un*enómeno ondulatorio como luz o sonido en el de un medio de re*erencia respecto a lavelocidad de *ase vpF en dicho medio: Generalmente se utiliza la velocidad de la luz cF en el vac,o como medio de re*erencia para cualquier materia7 aunque durante la historia se han utilizado otras re*erencias7 como la velocidad de la luz en el aire. En el caso de la luz7 es igual a: 4onde =r es la permisividad relativa del material7 y 6r es su permeabilidad electromagn(tica relativa. 1ara la mayor,a de los materiales7 6r es muy cercano a en *recuencias ópticas7 es decir7 luz visible7 por lo tanto7 n es aproximadamente . #. 'ue es lo que establece la ley de Anell R que la multiplicación del ,ndice de re*racción por el seno del ángulo de incidencia respecto a la normal es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la super*icie separatriz de dos medios. Es decir7 el componente del ,ndice de re*racción paralelo a la super*icie es constante. Lunque la ley de Anell *ue *ormulada para explicar los *enómenos de re*racción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una super*icie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda var,e. #P. En que consiste la propiedad óptica de la re*lexión R "uando una onda alcanza la super*icie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen7 en general7 dos nuevas ondas7 una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la super*icie l,mite y se propaga en el segundo medio. El primer *enómeno se denomina re*lexión y el segundo recibe el nombre de re*racción. Ll igual que la re*lexión de las ondas sonoras7 la re*lexión luminosa es un *enómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la super*icie de los cuerpos cambia de dirección7 invirti(ndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podr,a comparar con el rebote que su*re una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa. #?. L que se llama ángulo de re*lexión R Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar con la super*icie de un ob3eto. #C. L que se le llama ángulo de incidencia
R El ángulo de incidencia es el que *orman la onda incidente y la normal /!. L que se le llama coe*iciente de re*lexión R a relación de las intensidades de volta3e re*le3ado a incidente /. L que se le llama coe*iciente de re*lexión R a relación de las intensidades de volta3e re*le3ado a incidente /2. L que se le llama coe*iciente de absorción R Es la *racción de la potencia que penetra al medio 2. /#. 'ue es la re*lexión di*usa) R "uando un *rente de onda incidentemente choca con una super*icie irregular se disperza al azar en muchas direcciones. //. 'ue es la re*lexión especular R L la re*lexión de una super*icie per*ectamente lisa /5. 'ue son las super*icies semies*eras R L las super*icies que caen entre lisas e irregulares /. 'ue es la polarización electromagn(tica R que la orientación del vector de campo el(ctrico con respecto a la super*icie de la Iierra7 Es decir7 respecto al horizonte. /P. 'ue son las ondas super*iciales R es una onda electromagn(tica que via3a por la super*icie de la Iierra. 1or eso a las ondas terrestres tambi(n se les llama ondas super*iciales. /?. 'ue son las ondas espaciales R a propagación de la energ,a electromagn(tica en *orma de ondas espaciales incluye la energ,a irradiada que via3a en los ;ilómetros in*eriores de la atmós*era terrestre /C. 'ue es la ionos*era Res la región del espacio que está entre 5! y /!! ;m #! a 25! miF sobre la super*icie terrestre. 5!. L que altura se encuentra la capa 4 R es la más in*erior de la ionos*era7 entre #! y ! mi 5! a !! ;mF sobre la super*icie de la Iierra. 5. L que altura se encuentra la capa E R a capa E se ubica entre las ! y las ?5 millas !! a /! ;mF sobre la super*icie terrestre. 52. L que altura se encuentra la capa D R a capa D está *ormada en realidad por dos capas: la D y la D2. 4urante el d,a7 la capa D está entre ?5 y 55 mi /! a 25! ;mF sobre la super*icie terrestre. a capa D2 está de ?5 a ?5 mi /! a #!! ;mF sobre la super*icie terrestre durante el invierno7 y de 55 a 22! mi 25! a #5! ;mF en el verano. 4urante la noche7 las capas D y D2 se combinan y *orman una sola capa. 5#. L que se le llama *recuencia "r,tica R se de*ine como la máxima *recuencia que se puede propagar directo hacia arriba y es re*le3ada por la ionos*era hacia la Iierra 5/. L que se le llama altura virtual
R es la altura7 sobre la super*icie terrestre7 desde la que parece re*le3arse una onda re*ractada. 55. L que se le llama Lngulo cr,tico R cada *recuencia tiene un ángulo vertical máximo al cual se puede propagar y seguir re*le3ándose por la ionos*era. 5. L que se le llama máxima *recuencia +til R es la mayor *recuencia que se puede usar en propagación de ondas celestes entre dos puntos espec,*icos de la super*icie terrestre 5P. L que se le llama distancia de salto R es la distancia m,nima desde una antena de transmisión a la que regresará a la Iierra una onda celeste de determinada *recuencia que debe ser menor que la -QDF.
