Tesis:
Contribución a la transformación en sistemas cilíndricos de campo próximo a campo lejano. Análisis de errores mecánicos y eléctricos y reconstrucción de campo
- Autor: CASTELO BOSO, Alcino
- Título: Contribución a la transformación en sistemas cilíndricos de campo próximo a campo lejano. Análisis de errores mecánicos y eléctricos y reconstrucción de campo
- Fecha: 2009
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: HARO Y ARIET, Leandro de
- Resumen: Desde hace mucho tiempo hay interés en desarrollar una formulación matemática que permita transformar las propiedades de radiación de una energía por una antena o un array de antenas desde la zona más próxima a las mismas a zonas lejanas. Este interés se ha debido a la necesidad de realizar medidas muy precisas para desarrollar antenas de altas prestaciones, a la mejora de los métodos de análisis de las mismas y a la imposibilidad de medir antenas de gran tamaño eléctrico directamente en campo lejano. El problema de la radiación consiste de forma genérica en encontrar los campos electromagnéticos exteriores a unas fuentes que se encuentran contenidas en una cierta región del espacio. El empleo de la formulación modal permite expresar los campos radiados como la superposición de ondas elementales planas, cilíndricas o esféricas. En particular, en esta Tesis se desarrolla el problema con geometría cilíndrica. De este modo el problema de la radiación se reduce a obtener las amplitudes complejas de cada una de las ondas elementales que por superposición dan lugar a los campos radiados. El empleo de expansiones modales tiene como contrapartida que su aplicación esté limitada a casos que contengan formas geométricas canónicas, no obstante su aplicación soluciona cualquier problema electromagnético. Estas amplitudes complejas o coeficientes modales describen completamente los campos, con la ventaja de que permite un conjunto de valores escalares y es posible obtener los campos radiados en cualquier punto del espacio. La dependencia espacial de los campos viene dada por las funciones de onda, que son las soluciones de la ecuación de onda por separación de variables en el sistema. Las propiedades de las funciones de onda permiten que la formulación espectral esté especialmente bien adaptada al tratamiento de problemas electromagnéticos en que estén involucradas superficies que se definen por una o varias coordenadas constantes en el sistema de coordenadas empleado. La influencia de los errores de medida sobre el diagrama de radiación es importante al medir antenas con especificaciones muy estrictas en cuanto posicionado del haz principal y nivel de lóbulos secundarios. Es importante el estudio de errores de medida en campo próximo en coordenadas cilíndricas para sistematizar en lo posible la especificación de un campo de medida, proporcionando expresiones que relacionen el error en campo próximo y su efecto sobre el campo lejano. El primer capítulo hace una descripción resumida de los fundamentos teóricos de radiación de las antenas; se explican las formulaciones matemáticas de la teoría electromagnética de campos, se describen resumidamente las magnitudes físicas de campos vectoriales, y se describen las ecuaciones de Maxwell que explican los fenómenos electromagnéticos, permitiendo predecir los campos electromagnéticos generados en cualquier punto del entorno, además de relacionar los campos eléctricos y magnéticos con las cargas y corrientes que los crean. El segundo capítulo describe y explica la superficie cilíndrica de medida utilizada para transformar el campo próximo calculado sobre la misma, al campo lejano. Se describe el método para llevar a cabo la transformación del campo próximo al campo lejano, con base en la teoría de la ecuación de onda en coordenadas cilíndricas y en descomposición de modos del campo a partir de la aplicación del teorema de reciprocidad de Lorentz. Se aplica el método de corrección de antena sonda para evitar que el efecto de radiación de la misma afecta a la radiación de la antena bajo prueba, distorsionando así el campo resultante a obtener. En los capítulos tercer y cuarto, se explican y se simulan los errores mecánicos y eléctricos. Se mencionan algunas técnicas de automatización para evitar errores mecánicos de posicionamiento o eléctricos; en el análisis de errores eléctricos, hemos generalizado en esta Tesis los errores debidos a posibles fallos en la alimentación de las antenas, o fallos por posicionamiento, que hemos demostrado mediante simulaciones haciendo comparaciones entre los diagramas de radiación, estableciendo así diagramas de referencia de un funcionamiento correcto. En el quinto capítulo, con base en el vector tridimensional de la expansión de onda cilíndrica de un campo electromagnético, y de las características ortogonales de los modos y de los coeficientes de la extensión modal obtenidas, se reconstruye el campo próximo. El método de la distribución del campo descrito en este capítulo permite calcular el campo próximo sobre un cilindro de cualquier medida. Además se ha generalizado el método que evita los errores de truncamiento, calculando el campo próximo sobre una superficie cilíndrica idealmente infinita a partir del campo medido sobre la superficie cilíndrica con dimensión conocida.