Introduccion A Las Antenas

Introduccion a las Antenas Francisco Arenas CI: 23917673 Antenas y Programacion SAIA A

Introduccion a la Antena

 La Antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.

Tipos de Antena Antena Dipolo simple • Este tipo de antenas se puede usar para transmisores de HF que son comunicaciones a larga distancia. También se usan para emisoras de FM con dipolos mucho más pequeños por ser frecuencias altas, en vez de ser de ½ longitud de onda son de 1/4 de onda. Las antenas se pueden adquirir ya ajustadas a la frecuencia que se desea utilizar, o bien pueden ser sintonizables en campo, donde los dipolos vienen con un sistema de tornillos que permite ajustarlas a la frecuencia que se va a operar.

Antena Yagi • son usadas en radios de 2 vías para radioenlaces, aunque la mayor parte de las yagis que vemos en los tejados de las casas son para recibir canales de TV. La peculiaridad de este tipo de antena es que tienen varios elementos. Esto aporta 2 ventajas: son muy directivas, ya que los elementos adicionales, llamados precisamente directores, tienen la misión de dirigir la señal hacia un solo lugar; la otra ventaja es su ganancia que aumenta con los elementos directores.

Omnidireccional • dentro de este tipo de antenas existen básicamente 2 tipos; Fibra de vidrio que son las antenas más utilizadas en lugares con mucha humedad ya que la protección de la fibra de vidrio tiene un gran desempeño en estas condiciones y para lugares donde la humedad no es un factor importante están las antenas de acero inoxidable que tienen un desempeño muy bueno, ya que estas antenas radian la señal de manera uniforme en todas las direcciones en un plano. Son buenas para cubrir áreas grandes, la cual la radiación trata de ser pareja en los 360° por lo que es posible establecer comunicación dentro de ese rango sin necesidad de orientarlas, sin embargo, el alcance es menor a la de una antena direccional.

Antenas parabólica • son usadas para recibir señales de satélites, enlaces por microondas y enlaces a grandes distancias. Su plato es lo más característico de este tipo de equipo, en él se recogen las ondas que llegan y son reflejadas convergiendo todas al centro donde se encuentra el foco que recibe la suma de ellas.

Mecanismo de Radiacion

El campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia. El término campo cercano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo lejano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general, es la más importante de las dos; por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El campo cercano se define como el área dentro de una distancia D2/l de la antena, en donde l es la longitud de onda y D el diámetro de la antena en las mismas unidades

Distribuciones de corrientes Una antena, al ser un elemento de un circuito, tendrá una distribución de corrientes sobre ella misma. Esta distribución dependerá de la longitud que tenga la antena y del punto de alimentación de la misma.

Una onda estacionaria es una onda que se crea cuando una señal se está propagando por un medio de transmisión y es reflejada por culpa de una mala adaptación o por culpa de un final de línea. Supongamos primero que tenemos una línea acabada en circuito abierto y alimentada en uno de sus extremos. En el momento de alimentar a esta línea de transmisión con una señal senoidal, se crea una onda que se propaga por la línea.

Esta señal se irá repitiendo cada longitud de onda landa (una longitud de onda y no media longitud de onda) ya que es una señal senoidal y es periódica. Esto provoca que ahora tengamos una distribución de corrientes que no es constante y que varía en función de la longitud de onda landa.

Una vez que la onda llega al final de la línea, esta es reflejada al no poder continuar su camino, volviendo hacia el generador. Esta onda reflejada tiene un desfase de 90º respecto de la onda incidente, por lo que al sumarse con la onda incidente, tendremos puntos en donde la suma de un máximo y en donde de un mínimo. Esta suma de las dos ondas es la onda estacionaria que estamos buscando.

Si en vez de estar acabada la línea en circuito abierto, estuviera acabada en corto circuito, también se reflejaría la onda, pero en vez de estar desfasada 90º, estaría desfasada 180º.

También se sumaría a la onda incidente y lógicamente también creará la onda estacionaria.

En la figura anterior observamos como quedan la onda incidente, la reflejada y la estacionaria en la línea de transmisión que estamos tratando.

Esta es la onda estacionaria que se crea en la línea. Para entenderlo mejor se suele representar el módulo de la intensidad, que sería lo que mediría un medidor de corriente de RF, y la tensión en la misma línea. Una cosa que no se ha comentado, pero que es muy importante, es la posición de los máximos y de los mínimos de una onda estacionaria.

Al estar acabada la línea en un circuito abierto, en ese punto no podrá desplazarse la corriente, luego el módulo de la corriente en el extremo de la línea tendrá un mínimo. Por la misma razón, la tensión en ese punto tendrá un máximo, ya que hay máxima concentración de energía.

Al ir variando la tensión y la intensidad en la línea, la impedancia también irá variando. Este detalle es importante puesto que una vez que tengamos diseñada nuestra antena, dependiendo del punto en el que la alimentemos, tendremos distinta impedancia. Así por ejemplo, si tenemos un cable de 50 ohmios para alimentar una antena, nos interesará alimentarla por un punto que presente impedancia cercana a 50 ohmios para tener las mínimas perdidas por desacoplo de impedancias.

Patron de Radiacion El patrón de radiación de una antena se puede representar como una grafica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de como es realmente radiada la energía desde la antena.

a) Patrón de elevación de un dipolo genérico b) Patrón de azimuth de un dipolo genérico c) Patrón de radiación 3D

Radiación de campo cercano (Fresnel) Región

Campo lejano (Fraunhofer) Región

Reactiva Región Near Field

Radiación de campo cercano (Fresnel) Región

• El campo lejano es la región del extremo de la antena, como se puede sospechar. En esta región, el patrón de radiación no cambian de forma con la distancia (aunque los campos todavía mueren con 1 / R ^ 2). Además, esta región está dominada por los campos electromagnéticos, con la E y H-campos ortogonales entre sí y la dirección de propagación como con ondas planas.

• En las inmediaciones de la antena, tenemos el campo cerca de reactivos. En esta región, los campos son campos predominantemente reactiva, lo que significa la E y campos H-están fuera de fase de 90 grados entre sí (recordemos que para la propagación de la radiación o los campos, los campos son ortogonales (perpendiculares) pero están en fase).

• La radiación cerca de la región de campo o de Fresnel es la región entre los campos cercanos y lejanos. En esta región, los campos de reactivos no se dominan, los campos de radiación comienzan a emerger. Sin embargo, a diferencia de la Lejos región de campo, aquí la forma del diagrama de radiación pueden variar considerablemente con la distancia.

Densidad de potencia

La “Densidad de Potencia” se define como la “Potencia por unidad de Área” [W/m2] o Watts por metro cuadrado, pero es común el uso de densidades de potencia expresadas en miliwatts por centímetro cuadrado [mW/cm2], o también en microwatts por centímetro cuadrado [µW/cm2], siendo equivalentes a 10 W/m2 y 0,01 W/m2 respectivamente.

El cálculo de intensidad de potencia para un punto, se determina suponiendo que el campo no es perturbado por ningún cuerpo, es decir, sin ningún tipo de obstáculo que se interponga entre la antena y el punto a definir la densidad de potencia.

Intensidad de radiación

Directividad

Ganancia

La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido en una determinada dirección.

Las unidades son watios por estereoradián. Dicho parámetro es independiente de la distancia a la que se encuentre la antena emisora.

es un parámetro fundamental de la antena. Se trata de una medida de la patrón de "dirección" de radiación de una antena es. Una antena que irradia igualmente en todas direcciones habría efectivamente cero direccionalidad, y la direccionalidad de este tipo de la antena sería de 1 (o 0 dB).

La ganancia de una antena se refiere la potencia suministrada a la antena y la potencia radiada o disipada dentro de la antena. Una antena de alta eficiencia ha la mayor parte de la energía presente en la entrada de la antena irradia. Una baja eficiencia de antena tiene la mayoría de la potencia absorbida en pérdidas dentro de la antena.

Polarizacion La polarización de una antena es la polarización de los campos electromagnéticos producidos por una antena, evaluados en el campo lejano.

Por lo tanto, las antenas se clasifican a menudo como "linealmente polarizada" o una "mano derecha antena de polarización circular".

Este simple concepto es importante para la antena a la comunicación de la antena. En primer lugar, una antena con polarización horizontal no se comunicará con una antena de polarización vertical. Debido al teorema de reciprocidad, las antenas de transmisión y recibir exactamente de la misma manera. Por lo tanto, una antena de polarización vertical transmite y recibe verticalmente campos polarizada. En consecuencia, si una antena con polarización horizontal está tratando de comunicarse con una polarización vertical la antena, no habrá recepción.

Ancho 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 potencia máxima (en la dirección principal de radiación). 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.

Impedancia de entrada

La impedancia de la antena expresa la relación entre la tensión y la corriente en un punto de la antena y suponemos que la potencia en un punto de la antena es igual que en cualquier otro.

Así, la impedancia menor corresponde al punto en el que la corriente es más intensa. La impedancia aumenta hacia los extremos de la antena.

Temperatura de una antena

es un parámetro que describe la cantidad de ruido de un antena produce en un entorno determinado. Esta temperatura no es la temperatura física de la antena. Por otra parte, una antena no tiene una intrínseca "temperatura de la antena" asociados a ella, sino que la temperatura depende de su patrón de ganancia y el ambiente térmico que se coloca