Itelecom revista digital terminada by enriquesosa290894

★★★

Aprende más sobre las telecomunicaciones con iTelecom

★★★

iTel eco m

iAntenas es una revista virtual desarrollado por estudiantes de la Universidad Fermín Toro sede Cabudare.

► Antenas ► Antenas de Bocinas

Hoy iTelec om trae a nosotr os 5 tipos de anten as

►Antena Parabólicas ► Antenas Yagi ► Antenas Dipolo ► Antenas Helicoidal ► Antenas Cassegrain ► Antenas Flat Panel ► Antenas Log-Periódica ► Antenas Ranura

Realizado por:   

Enrique Sosa Norhect Almao Vanessa Gutierrez

Introducción:

as Antenas son las partes

de los sistemas de telecomunicación específicamente diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas. También se pueden definir como los dispositivos que adaptan las ondas guiadas, que se transmiten por conductores o guías, a las ondas que se propagan en el espacio libre. Los sistemas de Comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir señales de televisión o radio, o bien transmitir o recibir señales en equipos portátiles. Las características de las antenas dependen de la relación

entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda, las antenas se denominan elementales. Las antenas resonantes tienen dimensiones del orden de media longitud de onda. Las antenas cuya dimensión es de varias longitudes de onda tienen una gran directividad.

Parametros de las antenas

En esta sección presentamos los parámetros de las antenas, Una antena es un dispositivo capaz

de emitir o recibir ondas electromagnéticas. Una antena transmisora transforma corrientes eléctricas en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. Las antenas se caracterizan eléctricamente por una serie de parámetros, estando los más habituales descritos a continuación:



Diagrama de radiación (Patrón de radiación)

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena. Es habitual representar el módulo del campo eléctrico o la densidad de Potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de Polarización o de fase. La siguiente figura es la representación tridimensional de los campos radiados por una antena.



Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección del máximo a una distancia r y la potencia total entregada a la antena dividida por el área de una esfera de radio r. La eficiencia de una antena es la relación entre la ganancia y la directividad. Dicha relación, coincide con la relación entre la potencia total radiada y la potencia entregada a la antena. 

(Diagrama de radiación) 

Ancho de banda

Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros. 

Directividad

Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la potencia total radiada dividida por el área de la esfera de radio r. La directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual a la directividad multiplicada por la eficiencia.

Ganancia

Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. La impedancia es compleja. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada. 

Anchura de haz

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la máxima. También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo. La fórmula general de Impedancia de entrada es:

V I



Polarización

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector Los primeros sistemas de comunicación eléctricos campo eléctrico a una cierta distancia de la fueron la telegrafía, en 1844, por antena, al variarintroducida el tiempo. La seguida polarización la telefonía, el año 1878. En estosy sistemas, las La puede seren lineal, circular elíptica. señales se enviaban a travéspuede de líneastomar de transmisión polarización lineal distintas de dos hilos conductores, que conectaban el emisor orientaciones (horizontal, vertical, +45º, con el receptor. -45º). Las polarizaciones circular o elíptica La teoría surge a partir de los pueden deserlas aantenas derechas o izquierdas desarrollos matemáticos de Jamessegún C. Maxwell, en (dextrógiras o levógiras), el sentido de 1854,giro corroborados del campo por los(observado experimentos dealejándose Heinrich desde antena). R. Hertz,la en 1887, y los primeros sistemas de Se llama diagrama copolar al diagrama de radiocomunicaciones de Guglielmo radiación polarización deseada y Marconi en con 1897.la La primera comunicación diagrama contrapolar (crosspolar, transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a en inglés) deservicios radiación con la Terranova.alEn diagrama 1907 ya existían comerciales polarización contraria. de Comunicaciones. Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se  enRelación Delante/Atrás centró elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmente se utilizaban frecuencias de Es la relación entre la potencia transmisión entre 50 y 100 kHz, por loradiada que las en la dirección principal y la con potencia radiada antenas eran pequeñas comparadas la longitud de en la dirección opuesta. En inglés onda. Tras el descubrimiento del tríodo por Deeste parámetro seempezar denomina to Back Forest, se puedo a trabajarFront a frecuencias Ratio F/B. entre 100 kHz y algunos MHz, con tamaños de antenas comparables a la longitud de onda. A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes (como guiaondas, bocinas, reflectores, etc).

(Antena de radar inglesa de la Segunda Guerra Mundial)

Breve reseña histórica

TIPOS DE ANTENAS BOCINAS RECTANGULARES Las antenas de bocina son muy utilizadas en las bandas de frecuencia de microondas porque proporcionan alta ganancia, baja onda estacionaria, ancho de banda relativamente grande y son relativamente fáciles de construir. Además los cálculos teóricos concuerdan muy exactamente con las medidas de sus parámetros eléctricos. Las bocinas rectangulares se alimentan con una guía rectangular que se orienta normalmente para su análisis con la cara ancha horizontal. El modo dominante en la guía (TE10) tiene entonces el campo eléctrico vertical (plano E) y el campo magnético horizontal (plano H). Si la bocina ensancha la cara ancha de la guía sin cambiar las dimensiones de la cara estrecha se le llama Bocina Sectorial Plano H. Si la bocina sirve para ensanchar las dimensiones del plano E se llama Bocina Sectorial Plano E. Cuando se ensanchan ambas dimensiones se habla de una Bocina Piramidal

BOCINAS PIRAMIDAL Es un tipo de bocina rectangular. Se ensancha tanto en el plano E como en el H, lo que permite radiar haces estrechos en ambos planos. Este tipo de bocinas son

adecuadas para sistemas de polarización lineal. Su ganancia puede calcularse exactamente a partir de sus dimensiones físicas por ello se suelen utilizar como patrones de comparación en las medidas de ganancia. El diseño de una bocina piramidal requiere que su garganta coincida con la guía rectangular de alimentación.

(Antena de Bocina Piramidal Foto Real) BOCINAS CONICAS Se utilizan fundamentalmente en antenas de satélites de haz global. Son las más adecuadas para utilizar polarizaciones circulares, aunque también pueden utilizar polarización lineal. Según el modo de propagación transmitido se clasifican como: bocinas de modo dominante, bocinas de modo dual y bocinas corrugadas. Bocinas de modo dominante: Se sintoniza al modo predominante de la guía de onda circular, el modo TE11. Bocinas multimodo: Se sintoniza al modo de propagación TE11 de la onda que se propaga por la guía de onda, junto al modo TM11 que es el siguiente modo de propagación. Bocinas corrugadas (o híbridas): Se ajustan a un modo híbrido (HE11), con lo que se consigue un ancho de haz amplio y simétrico gracias a lo cual el reflector se alimenta uniformemente. Además con este tipo de bocinas se consigue una polarización más pura.

(Bocina cónica Corrugada)

•

La antena parabólica de foco centrado, se caracteriza por tener el reflector parabólico centrado respecto al foco.

•

La antena parabólica de foco desplazado, se caracteriza por tener el reflector parabólico desplazado respecto al foco. Son más eficientes que las parabólicas de foco centrado, porque el alimentador no hace sombra sobre la superficie reflectora.

•

La antena parabólica Cassegrain, se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.

ANTENA PARABÓLICA La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico, cuya superficie en realidad es un paraboloide de revolución. Las antenas parabólicas pueden ser transmisoras, receptoras o full dúplex, llamadas así cuando pueden trasmitir y recibir simultáneamente. Suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada. En las antenas parabólicas transmisoras, la parábola refleja las ondas electromagnéticas generadas por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del paraboloide. Los frentes de onda inicialmente esféricos que emite ese dispositivo se convierten en frentes de onda planos al reflejarse en dicha superficie, produciendo ondas más coherentes que otro tipo de antenas.

TIPOS DE ANTENAS PARABÓLICAS Pueden diferenciarse varios tipos de antena parabólica donde lo que varía es la posición relativa del foco respecto a la superficie reflectora, así como la forma de ésta. Los tipos más extendidos son los siguientes:

ANTENAS PANEL PLANO (FLAT PANEL) Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o

rectangular, y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia. ANTENAS DIPOLO La antena dipolo es la más sencilla de todas. Consiste en un hilo conductor de media longitud de onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca un generador o una línea de transmisión.

ANTENA DE RANURA Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían sus patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.

La longitud de un dipolo debe ser por tanto: L = 150 / f siendo f la frecuencia en megahercios. Al estar construido con algún material (generalmente cobre) y terminarse en dos puntas que introducen una cierta capacidad que no existe en el conductor continuo, para obtener la resonancia se debe acortar ligeramente esta longitud debido al mismo efecto que el factor de propagación de las líneas de tranmisión. Para todos los efectos prácticos, salvo para dipolos en frecuencias muy elevadas en las que el diámetro del hijo puede tener influencia,

se puede considerar que acortando la longitud un 5 % se consigue la condición de resonancia. Por lo tanto, la fórmula queda: L = 142,5 / f DISTRIBUCUION DE CONRRIENTE Y TENSIÓN DE UN DIPOLO La distribución de corriente y tensión en un dipolo es tal como se muestra en la figura 10b. En el centro tenemos una tensión reducida y una intensidad elevada, mientras que en las puntas se produce una tensión muy elevada y una intensidad nula. Esto quiere decir que hay que tener cuidado con la sujeción de esos puntos. Si el aislador no es de buena calidad, la elevada tensión existente en las puntas puede producir grandes pérdidas. También hay que tener en cuenta el hecho de que incluso con potencias pequeñas se pueden producir quemaduras en caso de tocar accidentalmente esas puntas.

Conectándolo a una línea de 75 ohmios, la ROE será 81/75 o sea 1,08:1, que es muy pequeña. Si el dipolo se encuentra a más de media longitud de onda de altura sobre el suelo a la frecuencia de trabajo, la ROE que habrá en la línea será insignificante. En frecuencias bajas, donde la longitud de onda es grande, sí que resulta importante la altura a la que se coloca el dipolo. Supongamos un dipolo en la banda de 80 metros de los radioaficionados (3,5 a 38 MHz), media longitud de onda son 40 metros, altura que es muy difícil de lograr en la mayoría de los casos. Si colocamos el dipolo a 1/5 de longitud de onda, veremos que la impedancia del dipolo es de unos 50 ohmios, por lo tanto, si el dipolo anterior se coloca a 16 metros y se alimenta con una línea de 52 ohmios existirá un acoplamiento perfecto.

RADIACIÓN IMPEDANCIA

DIPOLO

La impedancia nominal de un dipolo es de 73 ohmios. Sin embargo, en un dipolo real situado a una cierta distancia del suelo la impedancia varía considerablemente. Este efecto no tiene demasiada importancia si se puede aceptar una ROE máxima en la línea de transmisión de 2:1. Si se quiere anular esta ROE sólo podemos hacerlo variando la altura del dipolo. Cuanto más alto se encuentra el dipolo respecto a tierra, menor es la variación de impedancia y más se aproxima al valor nominal de 73 ohmios. Un dipolo colocado a una altura de 3/8 de la longitud de onda tendrá una impedancia de 81 ohmios aproximadamente.

DIPOLO

La radiación de un dipolo en el espacio libre en un plano perpendicular a la dirección del hilo del dipolo. Radia exactamente igual en todas direcciones: mientras que en el plano del dipolo radia con un máximo en la dirección perpendicular al hilo y un mínimo en la dirección del hilo. O sea que el dipolo es ligeramente directivo y como ya dijimos anteriormente tiene una ganancia respecto a una antena isotrópica de 2,3 dB en direcciones perpendiculares al hilo del dipolo. A efectos prácticos puede decirse que el dipolo es omnidireccional, excepto para direcciones hacia las puntas o muy próximas a ellas. ANTENAS LOG-PERIÓDICAS Una antena logarítmica periódica es una antena de banda ancha con varios elementos

unidireccionales, la cual tiene características de la impedancia y de la radiación que sean regularmente repetidoras como función logarítmica de la frecuencia de la excitación. Los componentes individuales son a menudo dipolos.

FUNCIONAMIENTO La receptora de la señal o su región activa cambia continuamente dependiendo de la frecuencia, donde en la frecuencia más baja de la operación, el elemento más largo es resonante, y el resto de los elementos actúan como directores. En la frecuencia más alta, el elemento más corto resuena y los otros elementos (más largos) actúan pues como reflectores en el centro de la banda de frecuencia.

matriz. La radiación en la dirección opuesta es típicamente 15 a 20 db por debajo del máximo. CARACTERISTICAS GENERALES DE LA ANTENA LOG-PERIÓDICA



Una impedancia es una función periódica de la frecuencia de operacion



Unidireccional y gran ancho de banda



El elemento mas corto es <1/2 de la frecuencia mas alta, mientras que el elemento mas largo es >1/2de la frecuencia mas baja



Ganancia inferior a una yagi con el mismo numero de elementos



Parámetro de diseño: D1/D2=L2/L3=…….

t=L1/L2

ANTENAS HELICOIDAL La antena helicoidal o antena hélice es una antena conforma de solenoide. Es una evolución del mono polo vertical, en la cual el mono polo ha sido modificado para tomar la forma de un solenoide. Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear una zona de campo magnético uniforme.

CARACTERISTICAS

Los campos electromagnéticos producidos por estos elementos activos se suman para producir un diagrama de radiación unidireccional, en el cual la radiación es máxima hasta el extremo pequeño de la

Es un tipo de antena que presenta un comportamiento de alto ancho de banda. Una hélice es el resultado de bobinar un hilo conductor sobre un cilindro de diámetro constante. Los parámetros geométricos de diseño de una hélice son: su diámetro, la separación entre dos vueltas o paso de la hélice, el número de

vueltas, el diámetro del hilo y el sentido del bobinado (a derechas o izquierdas) Presenta una polarización de tipo circular. El sentido de la polarización derecha o izquierda es definido por el sentido de giro del elemento conductor. Poco sensible a los fenómenos atmosféricos. Además, independiza bastante la calidad de los enlaces respecto de la orientación angular de las antenas ya que todas las posiciones son equivalentes.

recepción de satélites. Estas antenas se fabrican con las espiras separadas un poco menos que el diámetro mismo de la hélice.

Antenas Halo Caso límite de una antena

helicoidal, se usan sobre todo en VHF. Son omnidireccionales y tienen buena ganancia. CLASIFICACIÓN Existen varios tipos de antena hélice, entre ellas: Antenas para walkie-talkies Las antenas helicoidales son sumamente utilizadas en las radios portátiles de tipowalkie-talkie, como los PMR446. El hecho de enrollar el mono polo en forma de hélice reduce sensiblemente el largo de la antena, reduciendo la a dimensiones razonables; así, una antena mono polo vertical que mediría17cm para la banda de radio aficionados de 70cm, mide apenas cinco o seis en su forma helicoidal.

Antenas para recepción satelital Otras

antenas helicoidales son utilizadas en UHF para recibir señales satelitales (1575.42Mhz). La polarización de la antena helicoidal es circular, lo que es sumamente favorable para la

ANTENAS CASSEGRAIN En las telecomunicaciones y radar , una antena Cassegrain es una antena parabólica en la que la alimentación de la antena está montado en o detrás de la superficie de la cóncavo principal parabólico reflector plato y está dirigido a una más pequeña convexa reflector secundario suspendida frente al reflector primario. El haz de ondas de radio de la alimentación ilumina el reflector secundario, que refleja de nuevo al plato reflector principal, que la refleja de nuevo hacia delante para formar el deseado haz . El diseño Cassegrain se utiliza ampliamente en antenas parabólicas, especialmente en las grandes antenas como los de estaciones de satélite de tierra , radiotelescopios , y satélites de comunicación.

Una desventaja de la Cassegrain es que la bocina de alimentación debe tener una anchura de haz más estrecha para enfocar su radiación sobre el reflector secundario más pequeño, en vez del reflector primario más amplio como en platos delantealimentados.

VENTAJAS 



La presencia de un segundo reflector en la trayectoria de la señal permite oportunidades adicionales para adaptar el patrón de radiación para un máximo rendimiento. Debido a que la alimentación de la antena se dirige hacia adelante, en antenas receptoras esto reduce la recepción de ruido de fondo, lo que resulta en una temperatura de ruido de la antena más baja. Este diseño se utiliza para las antenas con alimentos voluminosos o complicados, tales como antenas de satélites de comunicaciones terrestres, radiotelescopios, y las antenas en algunos satélites de comunicación. DESVENTAJAS

SOPA DE LETRAS D

Dipolo Antena Bocina Cónicas Panel Ranura

Es fundamental señalar la importancia que tienen los elementos radiantes en las telecomunicaciones, ya que facilitan la interacción de estaciones a largas distancias, la transmisión y recepción de señales, además que las antenas esenciales para la implementación de cualquier sistema de telecomunicaciones inalámbricas y están pueden ir desde un simple mono polo

conductor capaz de radiar variaciones de campos magnéticos y eléctricos, hasta una compleja antena cassigran como el ya conocido es el radio telescopio de Arecibo.