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II ANTENAS. INTRODUCCION. Las antenas son transductores que permiten la transmisión de información a través del aire mediante ondas electromagnéticas (OEM). Las OEM se propagan a través del aire de manera distinta, dependiendo de la frecuencia o longitud de onda.

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II ANTENAS

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Ii antenas

II ANTENAS

INTRODUCCION.

  • Las antenas son transductores que permiten la transmisión de información a través del aire mediante ondas electromagnéticas (OEM).

  • Las OEM se propagan a través del aire de manera distinta, dependiendo de la frecuencia o longitud de onda.

  • Las de baja frecuencia se propagan por la superficie (llamadas ondas de tierra o terrestres).

  • Las de mediana frecuencia se propagan por reflexión en la ionosfera.

  • Las de alta frecuencia se propagan mediante haces rectilíneos (como la luz) de un extremo a otro.


Ii antenas

FIG. 1Propagación de las ondas de radio.


Ii antenas

  • Las OEM tienen su origen en el movimiento de cargas eléctricas (electrones) en un conductor abierto, llamado ANTENA.

  • Los electrones inducen un campo eléctrico con idénticas características que las ondas de voltaje y corriente que lo originaron.

  • A su vez, el campo eléctrico induce un campo magnético perpendicular a él, y con características idénticas a las ondas de voltaje y corriente originales.

  • Ambos campos son radiados en una dirección perpendicular a ellos, llamándose a esto: Ondas Electromagnéticas (OEM).


Ii antenas

  • Estas OEM viajan por el espacio libre, el aire y por muchos otros materiales, variando la velocidad de propagación dependiendo del factor de velocidad, k, el cual depende del material.

    V = kCdonde C = 3 x 108 m/s, que es la velocidad de la luz (y de las OEM) en el vacío.

  • Por lo tanto en el vacío, k es igual a 1 y la velocidad, V, de las OEM es de 3x108 m/s, que es la velocidad de la luz en el espacio libre.


Ii antenas

  • En los materiales, la velocidad de propagación de las OEM depende de la permitividad relativa del medio:

    V = C / er

  • Y esta velocidad es menor a la de las OEM en el vacío.

  • Se puede decir que las OEM se propagan por el dieléctrico con permitividad relativa er, guiada por los conductores.

  • La relación entre los campos eléctrico y magnético de una OEM es muy similar a la relación de voltaje y corriente en un circuito eléctrico:

  • La Ley de Ohm establece que: Z = V / I

    • Donde: Z = impedancia en ohms.

      V = voltaje en volts.

      I = corriente en amperes.


Ii antenas

  • La Ley de Ohm aplicada a las OEM:

    Z = E / H

    Donde: Z = impedancia del medio en ohms.

    E = intensidad de campo eléctrico en V/m

    H = intensidad de campo magnético en A/m

  • Para un medio sin pérdida, por ejemplo, en el vacío:

    Z = m / e

    Donde:m = permeabilidad del medio en Henrios/m

    e = permitividad del medio en Faradios/m

    Para el espacio libre: mo = 4px10-7 H/m

    eo = 8.854x10-12 F/m

  • Entonces la impedancia en el espacio libre es:

    Zo = mo / eo = 377 W


Ii antenas

  • La relación entre la permitividad del medio, e, y la permitividad del espacio libre, eo, se conoce como:

    CONSTANTE DIELECTRICA o PERMITIVIDAD RELATIVA: er

    er = e / eo

  • Por lo tanto la impedancia de un medio no magnético es:

    Z = 377 / er

  • De igual manera, la potencia en un circuito eléctrico es:

    P = V2 / R

  • En una OEM, la potencia es:

    PD = E2 / Z

    • Donde:PD = Densidad de Potencia en W/m2

      E = Intensidad de campo eléctrico, en V/m

      Z = Impedancia del medio en W.


2 1 patr n de radiaci n

2.1 Patrón de Radiación

  • Cuando se trata de transmitir información utilizando el aire, por medio de Ondas Electromagnéticas, es necesario utilizar una Antena

  • La antena en un transmisor es un transductor o dispositivo que convierte las oscilaciones de voltaje y/o corriente en variaciones de Campo Eléctrico y Campo Magnético.

  • La antena genera Ondas Electromagnéticas (OEM) cuya forma de onda y frecuencia de oscilación es la misma que las del voltaje y/o corriente que las producen.


A ntena de transmisi n

Antena de Transmisión

OEM

emitida

FIG. 2.1-1Antena de Transmisión.


Antena de recepci n

Antena de Recepción

  • Las antenas se usan tanto para Transmisión, que es el caso descrito anteriormente, como para Recepción, donde las OEM son captadas por la antena y ésta actúa como un transductor que convierte las OEM en una señal eléctrica, induciendo una corriente, que es entregada a la Línea de Transmisión la cual a su vez funciona como un acoplador de impedancias hacia las siguientes etapas del Receptor.


Antena de recepci n1

Antena de Recepción

OEM incidente

Receptor

FIG. 2.1-2Antena de Recepción.


Se al enviada por aire usando oem

Señal enviada por aire usando OEM

  • Cuando se desea enviar a través del aire una señal de información, que puede ser audio, video o datos, la señal se verá afectada por diversos factores que la alterarán, como :

    • Atenuación

    • Distorsión

    • Ruido

  • La señal recibida es afectada en su :

    • Forma de onda.

    • Frecuencia (o fase)


Para usar antenas es necesario emplear la modulaci n la cual se define como

Para usar antenas es necesario emplear la: Modulaciónla cual se define como:

  • Trasladar la señal de información a un espectro de alta frecuencia donde se encuentra la señal de Portadora, siendo ésta señal la que se encargará de viajar a través del aire en forma de OEM y que contiene a la información en cuestión.

  • “Montar” la señal de información sobre una señal de alta frecuencia que se llama Portadora, la cual puede ser de Radiofrecuencia (R.F.) o de Microondas (mO) y que al entregarla a una antena, ésta se encarga de “radiarla” al aire convirtiéndola en una OEM, la cual se de desplazará desde el Transmisor, a través del aire, hasta el Receptor que se encuentra distante.


Dimensiones f sicas de la antena

Dimensiones Físicas de la Antena

Las dimensiones físicas de este elemento están directamente relacionadas con la longitud de onda (l) de la señal de portadora que se desea transmitir, siendo esta relación :

1 l

½ l

¼ l

de la señal de portadora de R.F. o de mO. La elección dependerá de varios factores, entre otros, de la posibilidad de realizar físicamente ésta antena.


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Onda Electromagnética (OEM)

F(t)

t(seg)

T

Periodo de 1 seg

Frecuencia = 1 ciclo / 1 segundo = 1 Hertz = 1 Hz

FIG. 2.1-3Periodo de una OEM con frecuencia de 1 Hz.


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Onda Electromagnética (OEM)

F(t)

t(seg)

T=0.5 seg

T=0.5 seg

Frecuencia(f)=2 ciclo / 1 segundo=

2 Hertz=2 Hz

1 seg

FIG. 2.1-4Periodo de una OEM con una frecuencia de 2Hz.


Periodo frecuencia y velocidad de propagaci n de una onda

Periodo, Frecuencia y Velocidad de propagación de una onda.

  • La relación entre el Periodo (T) y la Frecuencia (f) de una onda de voltaje, de corriente o de una OEM es :T = 1 / f seg.

  • La Longitud de Onda (l) de una onda de voltaje, de corriente o de una OEM, está relacionada con su velocidad de propagación y con su frecuencia :

    l = v / fm

  • La velocidad de propagación (v) de una onda en el vacío (o el aire) es c = 3 x 108 m/s, quedando la ecuación como :

    l = c / f m


Ejemplo

Ejemplo

para enviar a través del aire una señal de audio, limitada en frecuencia a 15 KHz mediante un filtro pasa bajas, suponiendo que la onda viajará a la velocidad de la OEM en el vacío, la longitud de onda de esta señal será :

l = c / f = 3 x 108 m/s / 15 x 103 1/s = 20,000 m

  tomando el criterio de que la longitud física de la antena sea ¼ de longitud de onda :

H = l / 4 = 20,000 m/4 = 5000 m

longitud de la antena de 5 Km. !!!!!


Ejemplo1

Ejemplo

La anterior no es una antena físicamente realizable, se propone usar una señal de portadora de R.F. de 1 MHz, entonces la longitud física de la antena quedará en  

l = c / f = 3 x 108 m/s / 1 x 106 1/s = 300 m

H = l / 4 = 300 m / 4 = 75 m

Será la longitud de la antena, la cual es físicamente es realizable y que es típica de una antena de transmisión de una estación comercial de radio de Amplitud Modulada (A.M.).


Longitud f sica de la antena

Longitud Física de la Antena

FIG. 2.1-5

Longitud física de una antena de Transmisión en función a la longitud de onda de la señal a transmitir.

H = l / 4


L de t en corto como una antena

L. de T. en corto como una Antena

FIG. 2.1-6 Una Línea de Transmisión cortocircuitada de un ¼ de longitud de onda que actúa como un circuito resonante paralelo, es decir como una antena que radia OEM.


L de t de 1 2 y 1 4 de l

L. de T. de 1/2 y 1/4 de l

FIG. 2.1-7aLíneas de transmisión en corto circuito de l/2 y en circuito abierto de l/4 actuando como

antenas.


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FIG. 2.1-7bLíneas de transmisión en corto circuito de l/4 y como se convierte en una antena dipolo de dos elementos.


Antena del transmisor

Antena del Transmisor

OEM

ANTENA

AMPLIFICACIÓN, FILTRADO Y ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS

INFORMACIÓN

(Audio, Video , Datos)

MODULACION

LINEA DE TRANSMISION

OSCILADOR DE PORTADORA

FIG. 2.1-8Diagrama de un Transmisor


Antena del receptor

Antena del Receptor

OEM

FILTRADO, ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS Y AMPLIFICACIÓN DE RF

DEMODULACION

INFORMACIÓN

(Audio, Video, Datos)

ANTENA

LINEA DE TRANSMISION

FIG. 2.1-9Diagrama de un Receptor.


Par metros de una antena

Parámetros de una Antena

- Diagrama Polar (En coordenadas Polares).

-  Diagrama de Radiación (En coordenadas Cartesianas).

-  Ancho del Haz.

-  Polarización.

-  Ancho de Banda.

- Impedancia.

-  Características Mecánicas: Dimensiones, Materiales, Soportes, etc.


Diagrama polar

Diagrama Polar

  • La antena emite (o recibe) OEM, el análisis de la intensidad o potencia de la OEM en un punto distante de la antena será indicativo de la región en el espacio en el que la OEM podrá ser captada por una antena.

  • La OEM se propaga de forma perpendicular al plano horizontal en el cual se encuentra la antena.

  • El Diagrama Polar indica la variación del campo eléctrico (o magnético) de la OEM en función del ángulo q y de la distancia R, desde la antena hasta el punto P de interés donde se desea saber cual es la potencia de la OEM.


Diagrama polar1

Diagrama Polar

P

R

q

ANTENA

FIG. 2.1-10Diagrama Polar de una Antena.


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Radiación Posterior

Lóbulos Laterales

Nulos

Lóbulo Principal

Radicación Frontal

o Principal

FIG. 2.1-11Ejemplo de un Diagrama de Radiación Polar de una antena.


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Diagrama Polar

  • El ejemplo del Diagrama de Radiación Polar mostrado anteriormente, en realidad es tridimensional, pero se representa en la figura en 2 planos: vertical y horizontal, correspondientes al plano de elevación y al plano azimutal.

  • En la misma figura se observan varios componentes del diagrama de radiación polar como :


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Diagrama Polar

  • Lóbulo Principal : es el espacio donde se concentra la mayor cantidad de energía radiada por una antena de transmisión; es donde se deberá colocar la(s) antena(s) de recepción para capturar la energía emitida.

  • Lóbulo Lateral : son pérdidas de energía de una antena de transmisión, en estos espacios se radia energía que debería estar en el Lóbulo Principal. Una antena de alta eficiencia tiene pocos Lóbulos Laterales y una ideal no los tiene, es decir, que el 100 % de la energía entregada por el transmisor se radia en una dirección determinada por el Lóbulo Principal.


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Diagrama Polar

  • Nulos: Son espacios donde no se tiene disponible energía radiada por la antena de transmisión y ahí no es conveniente colocar antena(s) de recepción.

  • Radiación Frontal o principal : es la dirección hacia donde se dirige el Lóbulo Principal.

  • Radiación Posterior : es la dirección opuesta hacia donde se dirige el Lóbulo Principal.


Patr n de radiaci n o diagrama polar

Patrón de Radiación o Diagrama Polar

  • El diagrama de radiación polar mostrado en el ejemplo anterior se refiere a una antena que transmite hacia una sola dirección, sin embargo hay otros tipos de antenas que tienen diagramas de radiación distintos al mostrado.

  • Puede haber antenas que radien hacia 2 lados o hacia 4 lados.

  • O hacia todas direcciones, conociéndose a ésta última como antena Omnidereccional y tendrá un diagrama de radiación circular (esférico) el cual es ideal, ya que en la realidad no se puede logar este patrón de radiación.


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FIG. 2.1-12Diagrama de Radiación Polar de una antena isotrópica (ideal).


Ancho del haz

Ancho del Haz

  • En la figura 2.1-11 se observó que el Ancho del Haz es la parte más ancha del Lóbulo Principal en donde la energía máxima radiada (Campo Eléctrico o Campo Magnético máximos) decae 3 dB en la dirección del Lóbulo Principal.

  • Se observa que ésta dirección es donde se encuentra q = 0°.


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DIAGRAMA DE RADIACION (En coordenadas cartesianas):Este diagrama de radiación es una forma alterna al diagrama de radiación polar. El ancho del haz se da cuando la energía máxima radiada decae 3 dB del valor máximo, esto es, que decae un 70 % del valor máximo.

E (dB)

Ancho del Haz

Emax

- 3 dB

Lóbulo Principal

Lóbulos Laterales

Nulos

FIG. 2.1-13Diagrama de Radiación en coordenadas cartesianas de una antena.


2 2 tipos y caracter sticas antena dipolo

2.2Tipos y CaracterísticasAntena Dipolo

DIAGRAMA DE RADIACIÓN POLAR CIRCULAR

DIPOLO IDEAL

FIG. 2.2-1Antena Dipolo Isotrópica con patrón de radiación Omnidireccional (Ideal).


Antena dipolo

Antena Dipolo

DIPOLO

q = 0 °

LÓBULOS PRINCIPALES

FIG. 2.2-2Diagrama de Radiación Polar real de un Dipolo sencillo.


Antena dipolo1

Antena Dipolo

FIG. 2.2-3 Diagrama de Radiación Polar de una antena dipolo de media onda.


Antena dipolo2

Antena Dipolo

  • La antena dipolo real posee, además de los dos lóbulos principales, varios pequeños lóbulos laterales que representan pérdidas de energía radiada hacia puntos del espacio donde no se necesita recibir señal del transmisor. El dipolo se puede construir de un conductor de cobre o de aluminio y su diámetro puede ser del tamaño que requiera la aplicación en particular.


Antena dipolo3

Antena Dipolo

  • Una antena dipolo puede estar formada por un solo elemento o por dos elementos unidos por un aislante, y donde cada elemento mide un cuarto de longitud de onda como se muestra en la siguiente figura 2.2-4. Esta antena tendrá un patrón de radiación polar real con dos lóbulos principales y varios pequeños lóbulos laterales entre los lóbulos principales.


Antena dipolo4

Antena Dipolo

LÓBULOS PRINCIPALES

LÓBULOS LATERALES

FIG. 2.2-4Diagrama de Radiación Real de un dipolo.


Antena dipolo cerrado

Antena Dipolo Cerrado

  • Para que el dipolo se parezca a una antena Isotrópica que radie en todas direcciones se modifica el diagrama de radiación polar “achatando” los lóbulos principales e incrementando el tamaño de los lóbulos laterales cerrando el dipolo.

  • Formando un dipolo cerrado o plegado, como se observa en la figura siguiente 2.2-5.

  • Se obtiene un ancho de banda más amplio.

  • El intervalo de frecuencias dentro del cual su impedancia permanece aproximadamente resistiva es mayor que para el dipolo sencillo. 


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Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados por la mitad y replegados sobre sí mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el vacío es de 73 Ohm.

El dipolo doblado es, en esencia, una antena única formada por dos elementos. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media longitud de onda de largo. Sin embargo, como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena.

FIG. 2.2-5aAntena Dipolo Doblado o Plegado.


Antena dipolo cerrado1

Antena Dipolo Cerrado

  • La antena dipolo cerrado se puede fabricar de una línea de transmisión paralela unidos en ambos extremos y separados por el dieléctrico, uno de los conductores se abre en el centro y se conecta a una línea de transmisión balanceada, es decir que tenga la misma impedancia de la antena dipolo.


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Antena Dipolo Cerrado

FIG. 2.2-5bAntena Dipolo Doblado o Plegado.


Antena dipolo cerrado2

Antena Dipolo Cerrado

FIG. 2.2-6Diagrama de radicación polar, aproximado, del dipolo cerrado.


Antena dipolo con elementos pasivos

Antena Dipolo con Elementos Pasivos

  • Para hacer más directiva una antena, es decir, que se haga crecer uno de los lóbulos principales del dipolo, a éste se le agregan otros elementos, llamados elementos pasivos, que modificarán su diagrama de radiación, cumpliéndose esto tanto para antenas de transmisión como de recepción


Antena dipolo con director

Antena Dipolo con Director

ELEMENTO EXCITADO (DIPOLO)

ELEMENTO PARASITO O PASIVO (DIRECTOR)

LINEA DE TRASMISION

SOPORTE AISLANTE

FIG. 2.2-7Antena dipolo con elemento director pasivo.


Antena dipolo con director1

Antena Dipolo con Director

  • La longitud del dipolo, elemento excitado, es H que puede ser ½ ó ¼ de l, mientras que la longitud del elemento pasivo, llamado director, es 5 % más corto que el dipolo, es decir :

    HDIPOLO = ½ l ó ¼ l, entonces :

    HDIRECTOR = H – 5 %


Antena dipolo con director2

Antena Dipolo con Director

  • La función del elemento director es recibir las OEM radiadas por el dipolo, y por inducción generar una corriente de características idénticas a la OEM incidente y como actúa como una antena, radia una OEM idéntica a la incidente, agregándose a ésta, produciendo un diagrama de radiación polar alargado hacia la dirección de propagación, como se muestra en la siguiente figura :


Antena dipolo con director3

Antena Dipolo con Director

LÓBULOS PRINCIPALES

LÓBULOS LATERALES

FIG. 2.2-8Diagrama de radiación de un dipolo con elemento director.


Antena dipolo con director y reflector

Antena Dipolo con Director y Reflector

  • Si se desea hacer más directiva a la antena tipo dipolo, es decir, que tenga un lóbulo principal hacia una dirección determinada y disminuir casi a la categoría de lóbulo lateral al otro lóbulo principal, se deberá agregar otro elemento pasivo llamado Reflector, el cual recibirá las OEM del dipolo y las reflejará en sentido contrario agregándose a la OEM principal generada por el dipolo y el elemento director. Vea la siguiente figura :


Antena dipolo con director y reflector1

Antena Dipolo con Director y Reflector

0.15l

0.10l

REFLECTOR

DIPOLO

DIRECTOR

SOPORTE AISLANTE

LINEA DE TRANSMISION

FIG. 2.2-9Antena dipolo con elementos reflector y director.


Antena dipolo con director y reflector2

Antena Dipolo con Director y Reflector

  • La longitud del elemento reflector deberá ser 5 % mayor a la longitud del dipolo :

    HDIPOLO = ½ l ó ¼ l entonces :

    HREFLECTOR = H + 5 %

    HDIRECTOR = H – 5 %

  • El diagrama de radiación polar se verá de la siguiente manera :


Antena dipolo con director y reflector3

Antena Dipolo con Director y Reflector

LÓBULOS LATERALES

LÓBULO PRINCIPAL

FIG. 2.2-10Diagrama de una antena dipolo con elementos reflector y director.


Antena tipo yagi

Antena Tipo YAGI

FIG. 2.2-11


Antena tipo yagi1

Antena Tipo YAGI

  • Se recomienda que la separación entre el reflector y el dipolo sea de 0.15l.

  • La separación entre el dipolo y el director sea de 0.1l.

  • Si se quiere que el lóbulo principal sea todavía más alargado, es decir, hacer más directiva la antena se pueden agregar varios elementos directores adicionales y cada vez de menor tamaño.

  • Para ello existen tablas obtenidas de manera experimental para obtener la longitud de los elementos directores que se deseen agregar.

  • Estas antenas se utilizan principalmente en comunicaciones punto a punto, donde se desea radiar hacia una dirección específica.

  • A estas antenas se les conoce como antena tipo Yagi.


Antena logar tmica

Antena Logarítmica

  • La siguiente figura muestra la antena logarítmica periódica (logoperiódica) muy utilizada para recepción de señales de televisión.

  • Se utiliza para recibir varias señales de portadora de diferentes canales de televisión.

  • Está formada por dipolos con una longitud de por lo menos media longitud de onda para el más largo a la frecuencia de operación mínima y menos de media longitud de onda para el más corto a la mayor frecuencia operación.


Antena logar tmica1

Antena Logarítmica

FIG. 2.2-12a Antena Logarítmica.


Ii antenas

FIG. 2.2-12b

Antena Logarítmica o Logoperódica.

  • Una antena de tipo logoperiódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación.

  • El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante.

  • Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos.


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FIG. 2.2-12c

Diagrama de radiación de una antena logoperiódica.


Ii antenas

Antena Monopolar Vertical

FIG. 2.213 Antena Monopolar Vertical y su Diagrama de radiación polar.


Factor de calidad q

Factor de Calidad Q

  • Una medida del comportamiento de una antena es el Factor de Calidad, el cual se define así :

    Factor de Calidad :Q = f / BW

    f = frecuencia en Hz.

    BW = Ancho de Banda en Hz.


Resonancia

Resonancia

  • Una antena entra en resonancia a la frecuencia de funcionamiento si su longitud física es tal que permite acomodar un número entero de ondas estacionarias de voltaje y corriente, cuando su longitud es un número exacto de media longitud de onda de dicha frecuencia.

    Longitud (m ) = 150 (N – 0.05) / f

    f = frecuencia en MHz

    N = número de ½ l que caben en la antena.


Resonancia1

Resonancia

  • En la figura siguiente se observa como las ondas de voltaje y de corriente que inducirán una OEM con sus mismas características de frecuencia y forma de onda se acomodan en un segmento de antena dipolo de ½ l o de una l, produciendo la resonancia que asegura la máxima eficiencia de la antena. En cambio, si el segmento de antena no puede acomodar un número exacto de longitudes de onda de voltaje y de corriente, la antena pierde eficiencia pues ya no entrará en resonancia y por lo tanto habrá pérdidas de potencia radiada


Resonancia2

Resonancia

VI

V I

l/2

DIPOLO

l

FIG. 2.2-14Dipolo de 1/2 l y l en resonancia.


Antenas parab licas

Antenas Parabólicas

  • Se utilizan en sistemas de comunicaciones con microondas y en radar, se les conoce como antenas de microondas o reflectores parabólicos, su forma física es la de una parábola, aunque las hay también de forma semiparabólica. En transmisión, la señal originada en un punto llamado foco se refleja en la superficie parabólica generando haces de OEM rectilíneos y paralelos al eje de la parábola, en recepción las OEM que llegan a la parábola se reflejan hacia el foco.


Antenas parab licas1

Antenas Parabólicas

  • La condición es que sobre el plano perpendicular al eje principal los haces reflejados deben de estar en fase de tal manera que la energía radiada viaje en forma paralela y en fase hacia la antena receptora. Vea la siguiente figura :


Antena de microondas

Antena de Microondas

PLANO PERPENDICULAR AL EJE

FOCO

EJE PRINCIPAL

EJE FOCAL

ANTENA PARABOLICA

FIG. 2.2-15Antena Parabólica para microondas.


Antena de microondas de tx

Antena de Microondas de Tx

  • En una antena de transmisión el alimentador, que recibe la señal eléctrica del equipo transmisor, se coloca en el foco de la parábola para asegurar que la energía radiada llegue a la superficie de la parábola y de ésta se radie al exterior, en dirección del eje principal. Habrá algunas pérdidas por la obstrucción del mismo alimentador y por la energía electromagnética que se pierde en los bordes de la parábola. Estas dos pérdidas son, aproximadamente, un 10 % de la energía total que sale del alimentador.


Antena de microondas de rx

Antena de Microondas de Rx

  • En las antenas de recepción, la energía proveniente de la antena transmisora llega a la superficie de la parábola y de ésta se refleja hacia el foco, donde se coloca el elemento transductor que convierte las OEM en una corriente eléctrica o bien se coloca una Guía de Onda que se encarga de recibir la OEM de la parábola y así, en forma de OEM, se traslada hacia el receptor donde se encuentra el transductor que la convierte en una señal eléctrica. También en este caso hay aproximadamente una pérdida del 10 % de la energía que le llega a la antena parabólica.


Ii antenas

FIG.2.2-16Antena Parabólica de Tx y de Rx.


Ii antenas

El diagrama de radiación polar de una antena parabólica es muy directivo, hacia el eje principal de la antena, lo cual es ideal para transmisiones punto a punto con un ancho de haz muy angosto

LÓBULOS LATERALES

LÓBULO PRINCIPAL

Tx

Rx

FIG. 2.2-17Diagrama de radicación de una antena parabólica.


Ancho del haz1

Ancho del Haz

q = 70l / D

donde :

q = apertura del haz en grados a –3 dB del valor máximo de potencia radiada.

l = longitud de onda de la señal.

D = diámetro del plato parabólico.


Ganancia de la antena parab lica

Ganancia de la Antena Parabólica

G = np2D2 / l2

donde :

G = ganancia como una razón de potencias.

D = diámetro del plato parabólico.

l = longitud de onda de la señal.

n = factor de eficiencia de la antena, que toma valores entre 0 y 1.


Antena tipo cuerno

Antena Tipo Cuerno

FIG. 2.2-18Diagrama de Antena tipo Cuerno Básica.


Antena tipo cuerno1

Antena Tipo Cuerno

FIG. 2.2-19Dimensiones de la antena tipo cuerno.


Antena tipo cuerno2

Antena Tipo Cuerno

  • De la figura anterior :

    L = Longitud

    H = Altura

  • = Longitud de Onda

    L = H2 / 2l


Ii antenas

Antena Tipo Cuerno

FIG. 2.2-20

Varias Antenas

Tipo cuerno


Ancho del haz2

Ancho del Haz

  • La gráfica del Ancho del Haz que se observa en la siguiente figura, 2.2-21, es muy útil para visualizar el comportamiento de la antena parabólica ya que muestra la ganancia con respecto a la amplitud del haz de la antena en grados, es decir, que tan ancho es el lóbulo principal donde se encuentra la mejor respuesta de la antena, sea ésta de recepción o de transmisión.


Diagrama de radiaci n

Diagrama de Radiación

FIG. 2.2-21Ancho del Haz y ganancia de

una antena parabólica.


Ancho del haz3

Ancho del Haz

  • Se observa claramente que el ancho del haz de la antena nos da la idea del espacio, aunque se muestra en dos dimensiones, en el cual se puede colocar la otra antena (de recepción o de transmisión, según sea el caso) para obtener una mejor captación o radiación de la señal. A este diagrama también se le llama Diagrama de Radiación en coordenadas cartesianas, donde el eje x está en grados y el eje y es la ganancia en decibeles (dB).


Diagrama de radiaci n vertical

Diagrama de Radiación Vertical

FIG. 2.2-22Gráfica de Directividad Vertical

de una antena parabólica.


Diagrama de radiaci n vertical1

Diagrama de Radiación Vertical

  • Estos diagramas de radiación muestran el comportamiento de la antena en el plano horizontal, sin embargo la señal radiada por una antena es de naturaleza tridimensional, entonces es útil usar un diagrama que muestre el patrón de radiación vertical, el cual también posee un determinado Ancho del Haz, de manera similar al que se tiene en el plano horizontal, como se ve en la figura 2.2-21


Tipos de alimentador

Tipos de Alimentador

(b)

(a)

FIG. 2.2-23(a) Alimentador de guía de onda y cuerno

(b) Alimentador tipo Cassegrain.


2 3 ganancia

2.3GANANCIA

  • Para conocer la ganancia de una antena bajo estudio se compara con una antena ideal, conocida como antena ISOTROPICA cuyo diagrama de radiación es perfectamente circular. La ganancia, G, de una antena es el producto de la ganancia activa o directiva (sin pérdidas), D, multiplicada por la eficiencia, k, de la antena :

    G = Dk

    donde k es el cociente entre la Potencia Total Radiada y la Potencia Total de Entrada (Ver la figura 2.3-1) :

    k = PRAD / PIN = 10 log (PRAD / PIN) dB


Ii antenas

PRAD

PIN

FIG. 2.3-1

PIN es la Potencia de entrada a la antena (Potencia Eléctrica) la cual se convierte en una Potencia Electromagnética (PRAD) que es radiada hacia el espacio en forma de una Onda Electromagnética (OEM).


Potencia total emitida

Potencia Total Emitida

  • La potencia total emitida por una antena de transmisión se puede obtener de la potencia generada por un elemento de corriente I :

    P = I2 80p2 (L/l)2 Watts

    I = elemento de corriente por el que circula la corriente I.

    L = Longitud del elemento de corriente.

    l = Longitud de onda de la señal de corriente.


Potencia total emitida1

Potencia Total Emitida

  • De la fórmula anterior se obtiene que la parte 80p2 (L/l)2 tiene las dimensiones de una resistencia, que se llama Resistencia de Radiación de la antena y que es función de la longitud eléctrica L/l del elemento de corriente. Quedando la ecuación :

    P = I2RRAD o de otra forma RRAD = P / I2


Ii antenas

La corriente que circula por el elemento de corriente induce un campo magnético y éste lleva asociado un campo eléctrico, resultando en un desplazamiento de energía electromagnética que se aleja del elemento de corriente que la generó. La potencia radiada estará en función de la Densidad de Corriente y de la Resistencia de Radiación de la antena.

Punto P donde se desea conocer la potencia radiada.

Z

r

Elemento de corriente de longitud L portador de una corriente I.

FIG. 2.3-2

Elemento de corriente que genera una potencia radiada y analizada en el punto P.


Impedancia y ancho de banda

Impedancia y Ancho de Banda

  • ANTENA RESONANTE : tiene una dimensión física de 1, ½ ó ¼ de l de la señal a transmitir (o a recibir);en este caso la impedancia y el ancho de banda de la antena varían notablemente con una pequeña variación en la frecuencia (o l) de la señal a transmitir (o a recibir).


Antena resonante

Antena Resonante

  • A la frecuencia de resonancia la reactancia de la antena resonante es cero, las componentes reactivas de la antena se anulan y se comporta como una carga puramente resistiva, toda la energía que le llega a la antena se radia al exterior (si es de transmisión, sucediendo algo análogo si es de recepción).


Antena resonante1

Antena Resonante

  • La impedancia de la antena es puramente resistiva, no hay componentes reactivos y el ancho de banda es muy angosto, la antena opera a una frecuencia específica o a un pequeño intervalo de frecuencias, conociéndose a estas antenas como de Banda Angosta.


Impedancia y ancho de banda1

Impedancia y Ancho de Banda

  • ANTENA NO RESONANTE : se utilizan para operar a varias frecuencias, entonces su impedancia y el ancho de banda varían con respecto a la frecuencia (longitud de onda) de la señal a transmitir (o a recibir) de tal forma que su ancho de banda es mas grande, es decir, puede recibir varias frecuencias de portadora, conociéndose como antenas de Banda Ancha y su impedancia poseerá algunos componentes reactivos, lo que hace que disminuya su eficiencia.


Ii antenas

PRAD

PIN

FIG. 2.3-3En esta figura se observa que si la antena transmite (o recibe) una señal cuya frecuencia tenga una longitud de onda igual a ½ ó ¼ l actuará como una antena resonante, de lo contrario, si la longitud de onda es diferente a estos valores la antena actuará como una no resonante.


Ii antenas

Densidad de Potencia de la Antena de Transmisión :

PD = PTGT / 4pr2

donde :PT = potencia total del transmisor en Watts.

GT = ganancia de la antena del transmisor.

r = distancia del transmisor al

receptor, en metros.

  • Potencia entregada al receptor en watts :

  • PR = AeffPD

  • donde:Aeff = área efectiva de la antena receptora

    • PD = densidad de potencia que llega al receptor.


2 4 polarizacion polarizaci n

2.4 POLARIZACIONPolarización

  • Se observa en la siguiente figura 2.4-1 que la Polarización de una antena depende de su posición con respecto al plano donde esta colocada, la dirección de propagación es la misma pero la posición (polarización) del campo eléctrico es diferente según se coloque la antena con respecto al plano horizontal.

  • Esto es muy útil cuando se desean recibir dos señales diferentes con la misma antena de recepción, una señal polarizada horizontalmente se recibirá por medio de un elemento horizontal y una señal polarizada verticalmente se recibirá por medio de un elemento vertical.


Ii antenas

FIG. 2.4-1

Polarización de una OEM según la posición de la antena con respecto al plano donde está colocada.


Ii antenas

Por ejemplo, la propagación de ondas superficial requiere de polarización vertical.La polarización de la radiación de un dipolo de media onda es la misma que el eje del alambre que forma la antena .En los sistemas de comunicación móvil y portátil generalmente se utiliza polarización vertical. Hay Polarización :Vertical, Horizontal y Circular.


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