Calculadoras de Antenna Magus

Esta calculadora resuelve la ecuación de transmisión de Friis para cualquiera de sus variables. La ecuación de transmisión de Friis relaciona la potencia recibida por una antena con la potencia radiada por otra antena, a una distancia determinada (en el espacio libre). Las formas modificadas de la ecuación básica de Friis permiten incluir muchos factores del sistema, como el desajuste de la antena, la absorción en el medio de propagación, las pérdidas de los cables, etc. La calculadora de Antenna Magus incluye efectos de desajuste de antena. No compensa la polarización ni la desalineación física, pero puede tenerlas en cuenta ajustando las cifras utilizadas para la ganancia de las antenas respectivas.

Esta calculadora resuelve la conocida ecuación de alcance de radar para cualquiera de sus variables. La ecuación de alcance de radar relaciona la potencia recibida por el receptor del radar con:

• la potencia transmitida por el transmisor de radar,
• la sección transversal de radar del objetivo,
• las ganancias de las antenas,
• la frecuencia y
• la distancia entre las antenas y el objetivo.

La forma de la ecuación utilizada en esta calculadora permite el radar biestático, pero no tiene en cuenta el desajuste de polarización ni la compensación de ganancia para antenas desalineadas

La relación señal/ruido (SNR) es un criterio de detectabilidad en un enlace de comunicación. En términos básicos, compara el nivel de la señal requerida con el nivel de ruido de fondo. Una relación superior a 1:1 indica más señal que ruido.

La ecuación utilizada en esta herramienta se muestra aquí. Los parámetros utilizados en la ecuación son:

• Potencia transmitida (P_t)
• Apertura efectiva de la antena transmisora (A_et)
• Apertura efectiva de la antena receptora (A_er)
• Distancia emisor-receptor (r)
• Longitud de onda (λ)
• Ancho de banda (B)
• Constante de Boltzmann (k)
• Temperatura del sistema

Por ejemplo, los siguientes parámetros de entrada dan como resultado una relación señal/ruido (SNR) de 72,78e-3.

• Potencia de transmisión: 1 mW
• Frecuencia de funcionamiento: 1 GHz
• Apertura efectiva de la antena transmisora (AET): 78,53 cm2
• Apertura efectiva de la antena receptora (AER): 100 cm2
• Separación de antenas: 10 km
• Ancho de banda del sistema: 30 MHz
• Temperatura del sistema: 290 K

Los radiotelescopios son dispositivos de detección remota. Los telescopios terrestres apuntan al cielo para observar objetos celestes. Los telescopios instalados en aviones o satélites apuntan a la Tierra. La ecuación supone que la radiación detectada o percibida por el telescopio se origina en los objetos observados, lo que se conoce como detección remota pasiva.

Esta herramienta calcula la temperatura (medida o la del objeto) para diversas aplicaciones de detección remota:

1. Un radiotelescopio terrestre detecta a distancia una fuente celeste a través de una nube interestelar
2. Radiotelescopio en satélite: detección remota de la Tierra a través del bosque
3. Receptor que detecta la salida de la antena a través de la línea de transmisión

La antena forma parte del sistema de recepción compuesto, en general, por una antena, un receptor y una línea de transmisión que los conecta. La temperatura del sistema es un factor crítico para determinar la sensibilidad y la relación señal/ruido de un sistema receptor.

La ecuación utilizada en esta herramienta es:

Los parámetros utilizados en la ecuación son:

• Temperatura de ruido de la antena en Kelvin (T_an)
• Temperatura física de la antena en Kelvin (T_ap)
• Eficacia de la antena (E_a)
• Temperatura física de la línea de transmisión en Kelvin (T_lp)
• Eficacia de la línea de transmisión (E_l)
• Temperatura de ruido del receptor en Kelvin (T_rn)

para obtener la temperatura del sistema en Kelvin (T_sys).

Un satélite de comunicaciones funciona como repetidor de radio en el espacio. El enlace de comunicación puede ser entre estaciones en tierra o entre antenas de otros satélites.

Una forma de aumentar la capacidad del sistema es aumentar el ancho de banda (bw). La reutilización de frecuencias es una forma de aumentar el ancho de banda. En los casos con relación de potencia portadora/ruido (CN) fija, la reducción del área de cobertura (Acov) puede aumentar el ancho de banda. Las antenas multihaz pueden reducir el área de cobertura, porque dividen la potencia entre los haces.

Otros parámetros de la ecuación son la potencia del transmisor del satélite (P_t), el área afectiva de la antena de la estación terrena (A_r), la temperatura equivalente del sistema (T_s) y las pérdidas incidentales (L_i).

Esta calculadora determina las características eléctricas para las propiedades físicas dadas de una línea de microbanda, o viceversa. Los cálculos tienen en cuenta el efecto del espesor del metal.

Esta calculadora determina la impedancia para un coaxial físico especificado, o calcula el diámetro interior o exterior para los parámetros dados. También calcula otros parámetros de la línea de transmisión, como la capacitancia y la inductancia por unidad de longitud.

Esta calculadora determina las características eléctricas para las propiedades físicas dadas de una estructura de guía de ondas coplanar, o viceversa. Los cálculos tienen en cuenta el efecto del espesor del metal.

Esta calculadora determina la impedancia para las propiedades físicas dadas de una estructura de guía de ondas coplanar con puesta a tierra

Esta calculadora determina la frecuencia de corte, la impedancia de onda y la longitud de onda guiada de los cinco primeros modos dominantes para la guía de onda circular definida.

El modo fundamental de funcionamiento en una guía de ondas circular es el modo TE₁₁. Mostramos una representación de las frecuencias de corte relativas, normalizando las frecuencias a la frecuencia de corte del modo fundamental TE₁₁ .

Esta calculadora determina la frecuencia de corte, la impedancia de onda y la longitud de onda guiada de los cinco primeros modos dominantes para la guía de onda rectangular definida.

El modo fundamental en una guía de ondas rectangular es el modo TE₁₀. En este modo, la impedancia de la guía de ondas depende totalmente de su anchura. Mostramos una representación de las frecuencias de corte relativas, donde se normalizan las frecuencias a la frecuencia de corte del modo TE₁₀ básico.

Esta calculadora calcula una ganancia aproximada para anchos de haz determinados, o viceversa. La ganancia exacta depende de muchos factores, pero esta práctica calculadora proporciona una útil regla general orientativa. La calculadora permite especificar por separado los anchos de haz vertical y horizontal.

Esta calculadora calcula la ganancia esperada para una apertura de un área y una eficiencia determinadas. También puede invertir la ecuación para resolver cualquiera de los otros parámetros. Por ejemplo, calcula la eficiencia de apertura de una antena de bocina.

La eficiencia total de la antena tiene en cuenta las pérdidas en los terminales de entrada y dentro de la estructura de la antena. Las pérdidas típicas son:

• Reflexiones debidas al desajuste entre la línea de transmisión y la antena
• Pérdidas I2R (conducción y dieléctricas)

Esta herramienta calcula la eficiencia total de la antena mediante la siguiente ecuación:

e₀ = e_r e_cd

dónde

e₀ = eficacia total de la antena

e_r = eficacia de reflexión (desajuste) = (1 - |Τ|2)

e_cd = eficacia de radiación de la antena

Τ = coeficiente de reflexión de tensión en los terminales de entrada de la antena [Τ=(Zi_n- Z₀)/( Z_in- Z₀) donde Zi_n = impedancia de entrada de la antena, Z₀ = impedancia característica de la línea de transmisión].

La eficiencia total de la antena tiene en cuenta las pérdidas por reflexión, conducción y dieléctricas de una antena. Las pérdidas dieléctricas y de conducción son difíciles de calcular, por lo que a menudo se miden. Incluso con medidas, la separación es difícil. Las pérdidas combinadas constituyen la eficiencia de radiación (e_cd). La definición de la eficiencia de radiación es la relación entre la potencia suministrada a la resistencia de radiación (R_r) y la potencia suministrada a la resistencia de radiación y la resistencia dieléctrica de conducción (R_L)

• e_cd = eficacia de radiación de la antena
• R_r = resistencia de radiación
• R_L = resistencia que representa la combinación de las pérdidas de conducción-dieléctricas.

Todo objeto con una temperatura física superior al cero absoluto irradia energía. La temperatura equivalente representa la cantidad de energía irradiada.

Si una antena mantenida a una cierta temperatura física (T_p) está conectada a un receptor por una longitud de línea de transmisión (L), con una temperatura constante (T_o) en todo su recorrido, y teniendo una atenuación uniforme (α), se puede calcular la temperatura efectiva de la antena en el terminal del receptor T_ant considerando la temperatura física TAP.
 

Los parámetros utilizados en la ecuación son:

• T_ant = temperatura de la antena en los terminales del receptor (K)
• T_a = temperatura de ruido de la antena en los terminales de la antena (K)
• T_AP = temperatura de la antena en los terminales de la antena debida a la temperatura física (K)
• T_p = temperatura física de la antena (K)
• α = coeficiente de atenuación de la línea de transmisión (Np/m)
• ε_A = eficacia térmica de la antena
• L = longitud de la línea de transmisión (m)
• T_o = temperatura física de la línea de transmisión (K)

La ganancia realizada de una antena se calcula considerando la eficiencia total de la antena, junto con su directividad.

La eficiencia total de la antena tiene en cuenta las pérdidas debidas a las reflexiones en los terminales de entrada y las pérdidas dentro de la estructura de la antena.

La eficiencia total e0 puede escribirse como:

donde er es la eficiencia de reflexión (desajuste), ed la eficiencia dieléctrica y ec la eficiencia de conducción. Las eficiencias dieléctrica y de conducción suelen agruparse, ya que se miden como una sola entidad, y se conocen como ecd. Podemos escribir la eficiencia total como:

Calculamos la ganancia realizada utilizando la eficiencia total y la directividad de la siguiente manera:

La ganancia y la directividad realizadas se especifican en dBi, el coeficiente de reflexión de tensión en dB, y la eficiencia como un valor entre 0 y 1.

Esta calculadora traza la apertura aproximada y la distribución de alimentación de una topología típica de reflector parabólico axisimétrico. La distribución de la alimentación / apertura se determina en función de:

• El modificador de forma (P) derivado para la longitud focal dada
• La relación de diámetro (F/D)
• Decaimiento del borde (E_T) y
• La eficiencia de la distribución de apertura / alimentación (a_de / f_de) [Rahmat-Samii].

Esta imagen muestra el efecto del modificador de forma P en la distribución de la alimentación / apertura:

La distribución en la alimentación es diferente de la distribución en la apertura, debido a las propiedades del reflector principal. El gráfico depende de la relación F/D de la antena parabólica. La apertura o eficiencia de alimentación se calcula en relación con una distribución plana "ideal".

Para una antena parabólica con reflector y alimentador específicos, calculamos el diagrama de ganancia utilizando la práctica herramienta de aproximación de matriz. Esta herramienta permite al usuario considerar la ganancia teórica y el rendimiento de la matriz de reflectores más grandes, lo que podría dar lugar a largos tiempos de simulación. También permite predecir la influencia de parámetros como la relación de bloqueo o la eficacia de distribución de la alimentación.

Por ejemplo, utilizamos la herramienta para estudiar el efecto de la proporción de bloqueo en la matriz sin tener que hacer ninguna simulación, como se muestra en el gráfico.

Mantenemos constantes los siguientes parámetros:

• Frecuencia de funcionamiento: 10 GHz
• D (diámetro del reflector): 200 mm
• Relación F/D: 0.34
• _ET (distribución de decaimiento del borde): -35 dB
• F_de (eficacia de la distribución de alimentación): 70 %

La distribución en la alimentación es diferente de la distribución en la apertura, debido a las propiedades del reflector principal. El gráfico depende de la relación F/D de la antena parabólica. La apertura o eficiencia de alimentación se calcula en relación con una distribución plana "ideal".

La sección transversal de radar (RCS) de un objeto es su área efectiva de interceptación de la densidad de potencia incidente, que cuando se dispersa isotrópicamente daría lugar a la potencia de retrodispersión recibida. La estimación supone que las polarizaciones coinciden.

Esta calculadora devuelve la sección transversal de radar (RCS) de un objeto, dados varios objetivos de entrada.

La ecuación simplificada de esta calculadora determina el RCS de un objeto, dada la frecuencia, la potencia recibida, la potencia transmitida, la distancia total del trayecto y el área de apertura de la antena.

Una antena es un objeto con una característica RCS única, ya que parte de la potencia recibida se entrega a los terminales de la antena. Una buena adaptación de la impedancia a la señal reduce la reradiación y, por tanto, la RCS.

La profundidad de la capa superficial es una medida de la conducción eléctrica dentro de un conductor. En CC (0 Hz), la corriente se distribuye por igual en la sección transversal de un conductor. Al aumentar la frecuencia, la distribución de la corriente cambia, con la mayor densidad de corriente cerca de la superficie del conductor.

La profundidad de la capa superficial, δ, es una función de la frecuencia, la permeabilidad relativa del conductor, μ_r, y la resistividad, ρ (o conductividad, ο, donde ο = 1/ ρ). Se define como la profundidad por debajo de la superficie de un conductor en la que la densidad de corriente ha descendido a 1/e (≈ 0,37) de la densidad de corriente en la superficie.
Dónde

δ: profundidad de la capa superficial [m]

μ₀: Permeabilidad al vacío [H.m-1]

ρ: Resistividad [Ω.m]

ο: Conductividad [S.m-1]