Antena

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Antena

Antena

Para otros usos de este término, véase Antena (desambiguación).
Antena de onda corta "Cortina", Moosbrunn, Austria
Antena para Comunicaciones por satélite en banda-C de 15 m de diámetro.

Una antena es un dispositivo dise√Īado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagn√©ticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagn√©ticas, y una receptora realiza la funci√≥n inversa.

Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a ser destinadas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). También es una antena la que está integrada en la computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi.

Las caracter√≠sticas de las antenas dependen de la relaci√≥n entre sus dimensiones y la longitud de onda de la se√Īal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho m√°s peque√Īas que la longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si su tama√Īo es mucho mayor que la longitud de onda son directivas.

Contenido

Par√°metros de una antena

Las antenas se caracterizan 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, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación). Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase. Atendiendo al diagrama de radiación, podemos hacer una clasificación general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional,…) Dentro de los diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria.


Diagrama de radiación

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

  • Direcci√≥n de apuntamiento: Es la de m√°xima radiaci√≥n. Directividad y Ganancia.
  • L√≥bulo principal: Es el margen angular en torno a la direcci√≥n de m√°xima radiaci√≥n.
  • L√≥bulos secundarios: Son el resto de m√°ximos relativos, de valor inferior al principal.
  • Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiaci√≥n de un haz toma el valor de la mitad del m√°ximo. Es decir, la direcci√≥n en la que la - potencia radiada es 3 dB menos.
  • Relaci√≥n de l√≥bulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor m√°ximo del l√≥bulo principal y el valor m√°ximo del l√≥bulo secundario.
  • Relaci√≥n delante-atr√°s (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de m√°xima radiaci√≥n y el de la misma direcci√≥n y sentido opuesto.

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

La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.


D = U(max) / U(iso)


La unidad de Directividad (D) son los dBi.


Ganancia

Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiación.


G = 10log[4pi * U(max) / P(in)]


La unidad de Ganacia (G) de una antena es el dB al ser una unidad de potencia.

Eficiencia

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.

También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.


e = P(r) / P(in) = G / D


El par√°metro e (eficiencia) es adimensional

Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relaci√≥n entre la tensi√≥n y la corriente de entrada. Z=\frac{V}{I}. La impedancia es un n√ļmero complejo. 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 radiaci√≥n y la resistencia de p√©rdidas. 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 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.

Polarización

Las antenas crean campos electromagn√©ticos radiados. Se define la polarizaci√≥n electromagn√©tica en una determinada direcci√≥n, como la figura geom√©trica que traza el extremo del vector campo el√©ctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarizaci√≥n puede ser lineal, circular y el√≠ptica. La polarizaci√≥n lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45¬ļ, -45¬ļ). Las polarizaciones circular o el√≠ptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextr√≥giras o lev√≥giras), seg√ļn el sentido de giro del campo (observado alej√°ndose desde la antena).

Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar (crosspolar, en inglés) al diagrama de radiación con la polarización contraria.

Relación Delante/Atrás

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta.

Cuando esta relaci√≥n es reflejada en una gr√°fico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la m√°xima radiacci√≥n y el nivel de radiacci√≥n a 180 grados. Este par√°metro es especialmente √ļtil cuando la interferencia hacia atr√°s es cr√≠tica en la elecci√≥n de la antena que vamos a utilizar.

Esta relaci√≥n, adem√°s lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que es la antena en el rechazo de las se√Īales provinientes de la parte trasera. Rara vez es verdaderamente importante, ya que la interferencias por la parte trasera no ocurren habitualmente, pero puede suceder.

La relaci√≥n F / B no es un n√ļmero muy √ļtil, ya que a menudo var√≠a enormemente de un canal a otro. Por supuesto, si se tiene el patr√≥n de radiaci√≥n, entonces no se necesita la relaci√≥n F/B.

Comparando una antena yagui con una parab√≥lica, podemos ver que para la antena yagui tenemos una relaci√≥n F/B de aproximadamente 15 dB (seg√ļn modelo y fabricante) mientras que para la parab√≥lica la relaci√≥n F/B es >35dB (seg√ļn modelo y fabricante). De esta forma observamos como es "de buena" una antena respecto al rechazo de se√Īales por la parte trasera. Cuanto mayor sea este paramentro en las antenas parabolicas mejor ser√°.

Los 15 dB de la antena yagui lo podemos interpretar también como la atenuación que tendriamos en el sistema, en caso de captar una onda rebotada por ejemplo de un edificio, por la parte trasera de esta.

Clasificación clásica de las antenas

Existen tres tipos b√°sicos de antenas: antenas de hilo, antenas de apertura y antenas planas. Asimismo, las agrupaciones de estas antenas (arrays) se suelen considerar en la literatura como otro tipo b√°sico de antena.

Antenas de hilo

Las antenas de hilo son antenas cuyos elementos radiantes son conductores de hilo que tienen una sección despreciable respecto a la longitud de onda de trabajo.[1] . Las dimensiones suelen ser como máximo de una longitud de onda. Se utilizan extensamente en las bandas de MF, HF, VHF y UHF. Se pueden encontrar agrupaciones de antenas de hilo. Ejemplos de antenas de hilo son:

Las antenas de hilo se analizan a partir de las corrientes eléctricas de los conductores.

Antenas de apertura

La antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagn√©tico de forma que concentran la emisi√≥n y recepci√≥n de su sistema radiante en una direcci√≥n. La m√°s conocida y utilizada es la antena parab√≥lica, tanto en enlaces de radio terrestres como de sat√©lite. La ganancia de dichas antenas est√° relacionada con la superficie de la par√°bola, a mayor tama√Īo mayor colimaci√≥n del haz tendremos y por lo tanto mayor directividad.

El elemento radiante es el alimentador, el cual puede iluminar de forma directa a la parábola o en forma indirecta mediante un subreflector. El alimentador está generalmente ubicado en el foco de la parábola. El alimentador, en sí mismo, también es una antena de apertura (se denominan antenas de bocina) que puede utilizarse sin reflector, cuando el objetivo es una cobertura más amplia (e.g. cuando se pretende cubrir la totalidad de la superficie de la tierra desde un satélite en órbita geoestacionaria).

Se puede calcular la directividad de este cierto tipo de antenas, D_0\,, con la siguiente expresión, donde S\, es el área y \lambda\, es la longitud de onda:

D_0={4 \pi} \frac {S} {\lambda^2} \,

Reflectores parabólicos

Hay varios tipos de antenas de apertura, como la antena de bocina, la antena parabólica, la antena parabólica del Radar Doppler y superficies reflectoras en general.

Antenas planas

Un tipo particular de antena plana son las antenas de apertura sintética, típicas de los radares de apertura sintética (SAR).

Antenas de Array

Antena de Array

Las antenas de array est√°n formadas por un conjunto de dos o mas antenas id√©nticas distribuidas y ordenadas de tal forma que en su conjunto se comportan como una √ļnica antena con un diagrama de radiaci√≥n propio.


La caracter√≠stica principal de los arrys de antenas es que su diagrama de radiaci√≥n es modificable, pudiendo adaptarlo a diferentes aplicaciones/necesidades. Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la se√Īal que alimenta a cada uno de los elementos del array.


Atendiendo a la distribución de las antenas que componen un array podemos hacer la siguiente clasificación:

  • Arrays lineales: Los elementos est√°n dispuestos sobre una linea.
  • Arrays Planos: Los elementos est√°n dispuestos bidimensionalmente sobre un plano.
  • Arrays conformados: Los elementos est√°n dispuestos sobre una superficie curva.


A nivel de aplicación los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes.

Una definici√≥n b√°sica de un sistema de antenas inteligentes es cualquier configuraci√≥n adaptativa de m√ļltiples antenas que mejoran el rendimiento de un sistema de comunicaciones inal√°mbricas.


Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con una mayor directividad (es decir, mayor ganancia y mayor selectividad angular), proporcionan multiples ventajas:

  • Incremento de la zona de cobertura: Dado que la ganancia es mayor que en el caso de antenas omnidireccionales o sectorizadas.
  • Reducci√≥n de la potencia de transmisi√≥n: La mayor ganancia de la antena permite incrementar la sensibilidad.
  • Reducci√≥n del nivel de interferencia: La mejor selectividad espacial de la antena permitir√° al receptor discriminar las se√Īales de usuarios interferentes a favor de la se√Īal del usuario deseado. Incluso se pueden utilizar antenas inteligentes con configuraci√≥n antena principal y secundarias donde las secundarias anulan las interferencias.
  • Reducci√≥n de la propagaci√≥n multitrayecto:Debido a la menor dispersi√≥n angular de la potencia radiada, se reduce el n√ļmero de trayectorias que debe seguir la se√Īal antes de llegar al receptor.
  • Mejora de la seguridad: Gracias a que la transmisi√≥n es direccional, hay una probabilidad muy baja de que un equipo ajeno intercepte la comunicaci√≥n.
  • Introducci√≥n de nuevos servicios: Al poder identificar la posici√≥n de usuarios se puede aplicar a radiolocalizaci√≥n, tarificaci√≥n geogr√°fica, publicidad en servicios cercanos...

Clasificación funcional

La clasificación tradicional de las antenas se basa, fundamentalmente, en la forma en que se distribuye el campo electromagnético en la propia antena o en la tecnología utilizada. No obstante, también pueden hacerse clasificaciones desde un punto de vista práctico: una catalogación de las antenas desde el punto de vista de sus prestaciones y tecnología, casos de uso concretos y discusiones acerca de los parámetros de ingeniería que ayuden al entendimiento de su funcionamiento.

Antenas con reflector

El origen de la antena con reflector se remonta a 1888 en el laboratorio de Heinrich Hertz, que demostr√≥ experimentalmente la existencia de las ondas electromagn√©ticas que hab√≠an sido predichas por James Clerk Maxwell unos quince a√Īos antes. En sus experimentos, Hertz utiliz√≥ un reflector parab√≥lico cil√≠ndrico de zinc, excitado por una chispa en la parte central de un dipolo colocado en la l√≠nea focal y otro similar como receptor.

Su funcionamiento se basa en la reflexión de las ondas electromagneticas ondas electromagnéticas por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco que está centrado en el paraboloide. En el caso de una antena receptora, en cambio si se trata de una antena emisora, las ondas que emanan del foco (dispositivo de emisión) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.

Cuando se desea la máxima directividad de una antena, la forma del reflector generalmente es parabólica, con la fuente primaria localizada en el foco y dirigida hacia el reflector.

Las antenas con reflector parabólico, o simplemente antenas parabólicas se utilizan extensamente en sistemas de comunicaciones en las bandas de UHF a partir de unos 800 MHz y en las de SHF y EHF. Entre sus características principales se encuentran la sencillez de construcción y elevada direccionalidad. La forma más habitual del reflector es la de un paraboloide de revolución, excitado por un alimentador situado en el foco.


Tipos b√°sicos de antenas con reflector
Antena Foco Primario
Foco primario

La superficie de estas antenas es un paraboloide de revolución. Las ondas electromagnéticas inciden paralelamente al eje principal, se reflejan y dirigen al foco.

El foco est√° centrado en el paraboloide.

Tienen un rendimiento máximo de aproximadamente el 60%, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% lo hace al foco y se aprovecha, el resto se pierde debido principalmente a dos efectos, el efecto spillover y el efecto bloqueo.

Su relativa gran superficie implica un menor √°ngulo de anchura del haz (3 dB), por lo que la antena debe montarse con mayor precisi√≥n que una antena offset normal. La lluvia y la nieve pueden acumularse en el plato e interferir en la se√Īal; Adem√°s como el LNB va montado centralmente, bloquea muchas se√Īales con su propia sombra sobre la superficie de la antena.

Antena Offset
Offset

Una antena offset esta formada por una sección de un reflector paraboloide de forma oval. La superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica (elipse). El punto focal no está montado en el centro del plato, sino a un lado del mismo (offset), de tal forma que el foco queda fuera de la superficie de la antena. Debido a esto, el rendimiento es algo mayor que en la de Foco Primario, pudiendo ser de un 70% o algo más.

Cassegrain

Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo reflector o subreflector. En el caso del reflector parabólico Cassegrain el subreflector es hiperbólico.

El reflector principal refleja la radiaci√≥n incidente hacia el foco primario. El reflector secundario posee un foco en com√ļn con el reflector parab√≥lico.

El sistema de alimentación está situado en el foco secundario, de manera que el centro de fases del alimentador coincide con el foco secundario del hiperboloide.

El paraboloide convierte una onda plana incidente en una esférica dirigida hacia el foco primario, que es entonces reflejada por el subreflector para formar una onda esférica incidente en el alimentador.

Alimentadores para antenas con reflector (bocinas)

Las bocinas son utilizadas como alimentador en las antenas, es decir, se utilizan para iluminar el reflector formando lo que se conoce como antena parabólica. La bocina de alimentación se encuentra situada en el foco del paraboloide.

Una √ļnica bocina puede utilizarse como una antena de cobertura global en sat√©lites; adem√°s se pueden agrupar varias bocinas (aliment√°ndolas con una amplitud y una fase diferentes), para conseguir un determinado diagrama de radiaci√≥n y dar cobertura a un pa√≠s o continente. La agrupaci√≥n de bocinas ser√≠a el alimentador del reflector.

En una transmisi√≥n la bocina emite energ√≠a desde el foco hacia la superficie del reflector, consiguiendo radiar sobre el rango de cobertura deseado, mientras que en una recepci√≥n el reflector act√ļa como un acumulador de energ√≠a de la se√Īal, que es concentrada hacia la bocina alimentadora.

Las bocinas pueden transmitir ó recibir dos ondas con polarización distinta, siempre que la polarización sea ortogonal. Esto se consigue con un dispositivo llamado acoplador ortomodo (OMT), que es un sistema de guía de ondas en forma de T, donde por la guía principal se propagan dos modos dominantes ortogonales y cada guía adosada soporta uno de los dos modos anteriores.

La polarización ha de ser ortogonal para que no se produzcan interferencias.

De acuerdo con la forma de la apertura, las bocinas pueden ser de dos tipos: piramidal y cónica.


Bocina piramidal

Bocina 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 polarizaci√≥n lineal. Su ganancia puede calcularse exactamente a partir de sus dimensiones f√≠sicas por ello se suelen utilizar como patrones de comparaci√≥n en las medidas de ganancia. El dise√Īo de una bocina piramidal requiere que su garganta coincida con la gu√≠a rectangular de alimentaci√≥n.


Bocina cónica

Se utilizan fundamentalmente en antenas de satélites de haz global. Son las más adecuadas para utilizar polarizaciones circulares, aunque también pueden utilizar polarización lineal.

Bocina Cónica Corrugada (corrugaciones en la cara interna)

Seg√ļn el modo de propagaci√≥n 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 gu√≠a de onda circular, el modo TE11.
  • Bocinas multimodo: se sintoniza al modo de propagaci√≥n TE11 de la onda que se propaga por la gu√≠a de onda, junto al modo TM11 que es el siguiente modo de propagaci√≥n.
  • Bocinas corrugadas (o h√≠bridas): se ajustan a un modo h√≠brido (HE11), con lo que se consigue un ancho de haz amplio y sim√©trico gracias a lo cual el reflector se alimenta uniformemente. Adem√°s con este tipo de bocinas se consigue una polarizaci√≥n m√°s pura.
Bocina con lente dieléctrica
Lentes dieléctricas

Definici√≥n: Una lente diel√©ctrica es un objeto que nos sirve para conseguir que una onda esf√©rica se transforme en una onda plana modificando amplitud y fase pudiendo de esta forma ganar directividad en la radiaci√≥n aumentando la ganancia. De forma similar a las lentes √≥pticas, una lente diel√©ctrica est√° formada por dos materiales de constante diel√©ctrica diferente cuya forma geom√©trica describe una curva hiperb√≥lica. De esta manera, podemos conseguir que una onda esf√©rica se transforme en una onda plana consiguiendo as√≠ aumentar la ganancia. Para ello, es necesario que los caminos el√©ctricos recorridos sean los mismos para cualquier posible trazado de rayos. Una de las principales ventajas de la utilizaci√≥n de este tipo de dispositivos es poder modificar la distribuci√≥n de amplitud, haci√©ndola m√°s uniforme y aumentando la eficiencia de apertura del sistema. Una aplicaci√≥n com√ļn de las lentes es su utilizaci√≥n a la salida de las antenas de bocina. Mediante este dispositivo, una fase distorsionada por este tipo de antena se puede corregir con una lente colocada a la salida de la antena

Gracias a la utilización de una lente dieléctrica en la boca del alimentador de una antena (bocina), se consigue disminuir el error de fase.

Ingeniería con estas antenas[2]
Iluminación parabólica sobre pedestal

Para distribuciones parabólicas sobre pedestal el modelo de campo de apertura es el siguiente:

Eab(r) = C + (1 - C) [1 - (r / a) 2] n


C \rightarrow Iluminación sobre el borde de la parábola (dB)

n \rightarrow Nivel del lóbulo secundario

a \rightarrow Radio de la apertura

a = D / 2


Distribuciones parabólicas sobre pedestal: parámetros de campo radiado
Iluminación en el borde n=1 n=2
C (dB) C HP (rad) SLL (dB) E HP (rad) SLL (dB) E
-8 0,398 1,12 őĽ /2a -21,5 0,942 1,14 őĽ /2a -24,7 0,918
-10 0,316 1,14 őĽ /2a -22,3 0,917 1,17 őĽ /2a -27,0 0,877
-12 0,251 1,16 őĽ /2a -22,9 0,893 1,20 őĽ /2a -29,5 0,834
-14 0,200 1,17 őĽ /2a -23,4 0,871 1,23 őĽ /2a -31,7 0,792
-16 0,158 1,19 őĽ /2a -23,8 0,850 1,26 őĽ /2a -33,5 0,754
-18 0,126 1,20 őĽ /2a -24,1 0,833 1,29 őĽ /2a -34,5 0,719
-20 0,100 1,21 őĽ /2a -24,3 0,817 1,32 őĽ /2a -34,7 0,690


HP \rightarrow Ancho de Haz a -3dB

SLL \rightarrow Nivel de lóbulo lateral

E \rightarrow Eficiencia de iluminación

Ganancia en estas antenas

La ganancia se puede calcular como: G = \Pi^2\frac{D^2}{\lambda^2}\epsilon_g

D \rightarrow Di√°metro reflector

\epsilon \rightarrow Eficiencia global

La eficiencia total es debida a las siguientes eficiencias parciales:

  • Rendimiento de radiaci√≥n (t√≠picamente el del alimentador).
  • Eficiencia de iluminaci√≥n (o de apertura).
  • Eficiencia de spillover.
  • Eficiencia por contrapolar.
  • Eficiencia por error en la superficie.
  • Eficiencia por bloqueo.
  • P√©rdidas por desplazamientos del alimentador.
Eficiencia de Iluminación aplicando el modelo de iluminación parabólica sobre pedestal (n=2)


Eficiencia de Iluminación:

Son las pérdidas de ganancia relacionadas con la iluminación no uniforme de la apertura.

Eficiencia de Spillover:

Es la pérdida de ganancia debida a la radiación del alimentador fuera del ángulo que contiene el reflector.

A medida que la ilumnación del borde crece aumenta la eficiencia de iluminación pero disminuye la eficiencia de spillover.

El punto óptimo para la eficiencia Combinada (Iluminación y Spillover), se situa típicamente en torno a C=-10dB,-12dB.

Eficiencia combinada

Eficiencia por Contrapolar:

Es la medida de la pérdida de energía en la que el componente contrapolar radiada.

En los sitemas centrados que no introducen componente contrapolar, esta eficiencia mide las características del alimentador.


Eficiencia por error en la superficie:

Esta relacionada con las desviaciones del frente de fase en la apertura respecto a la onda plana ideal, debidas a las distorsiones de la superficie de los reflectores.


Eficiencia por Bloqueo:

Aparece a causa de la porción de apertura bloqueda por:

  • Alimentador (√≥ Subreflector).
  • Soportes del alimentador √≥ del subreflector.


Pérdidas por desplazamientos:

  • Desplazamiento lateral:

El desplazamiento lateral del alimentador causa un apuntamiento del haz en sentido contrario al movimiento del alimentador.

Se produce una caida de la Ganancia y el Efecto de Coma (incremento asimétrico en el nivel de los lóbulos secundarios hasta juntarse uno de ellos con el lóbulo principal).

  • Desplazamiento axial:

La variación en la posición del alimentador a lo largo del eje z produce un error de fase de orden cuadrático en el campo de apertura que rellena los nulos del diagrama de radiación y disminuye la ganancia.

Ganancias típicas

La ganancia de una antena reflectora de apertura circular se obtine como:


G = \left(\frac{\pi D}{\lambda}\right)^2 \prod_{i} Eficiencias_{i}

La eficiencia total que se suele obtener es del orden de:

  • Reflector simple centrado: 60%
  • Sistema Cassegrain centrado: 65 al 70%
  • Sistema Offset: 70 al 75%
  • Sistema doble con superficies conformadas para m√°xima ganacia: 85 al 90%
Uso de cada tipo de reflector

Antes de definir usos de antenas con reflector se debe notar que los tipos se deberían enunciar haciendo referencia a que todas son antenas "parabólicas" puesto que así queda más claro que son tipos de parabólicas.

Antena parabólica de foco primario

Usos: Televisión, radio y transmisión de datos Conexión VSAT: http://www.slb.com/content/services/consulting/infrastructure/global/spacetrack4000.asp?

Usos: Recepción de satélite, pero tiene un bloqueo del alimentador que reduce la simetria rotacional y reduce los haces http://www.plantaterrena.tv/antenas.htm http://www.satlex.it/es/satcom_pfa-page_1.html http://antenasparatodos.blogspot.com/ http://www.el-apeadero.com/showthread.php?t=201


Antena parabólica Offset

Usos: Antenas de recepción de satélite http://www.ikusi.es/public/ctrl_public_prod.php?accion=verGama&id_familia=4&id_gama=%2726%27 http://www.ikusi.es/public/ctrl_public_prod.php?accion=verProducto&id_familia=4&id_gama=%2726%27&id_producto=194

Antena parabólica Cassegrain

Es similar a la de Foco Primario, s√≥lo que tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepci√≥n, y las ondas al chocar, se reflejan y van al Foco donde est√° el reflector menor; al chocar las ondas, van al Foco √ļltimo, donde estar√° colocado el detector. Se suelen utilizar en antenas muy grandes, donde es dif√≠cil llegar al Foco para el mantenimiento de la antena. Aplicaciones de radar multifunci√≥n: http://www.patentstorm.us/patents/4612550/description.html http://www.integratedsoft.com/News/RandDnews.aspx?Article=Cassegrain-Antenna Aplicaciones militares:

http://www.drdo.org/pub/techfocus/apr2000/Cassegrain%20antenna.htm
Sistema de antena Multihaz (MBA system)
Antena Multihaz Offset
Antena Multihaz Cassegrain

Las antenas multihaz o sistemas MBA se utilizan generalmente en sistemas de satélite.

Este tipo de antenas est√°n formadas por arrays de elementos alimentadores y circuitos de control para variar la potencia variando o combinando funciones del BFN, de esta manera se consige generar una red o matriz de haces (BFN beam-forming network).

Cada elemento del array ilumina con una apertura √≥ptica generando un haz, el ancho de haz de un rayo va determinado por el tama√Īo de la apertura √≥ptica y la posici√≥n. La separaci√≥n angular de los rayos est√° determinada por la separaci√≥n entre los elementos.

Con esta configuración, los satélites pueden comunicarse a través de una sola antena con varias estaciones terrenas geográficamente dispersas.


Existen varios tipos de antenas multihaz, los m√°s importantes y m√°s usados son:

  • Offset Este tipo de antena se obtine recortando de grandes antenas parab√≥licas de forma esf√©rica, tienen el Foco desplazado hacia abajo, de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena, por esta raz√≥n, el rendimiento es mayor que en la de foco primario llegando a ser de un 70% aproximadamente. El diagrama de directividad tiene forma de √≥valo.


  • Cassegrain. Estas antenas son similares a las de Foco Primario, la diferencia es que tienen dos reflectores; el mayor de ellos apunta al lugar de recepci√≥n y las ondas al chocar, se reflejan y van al Foco donde est√° el reflector menor; al chocar las ondas, van al Foco √ļltimo, donde estar√° colocado el detector. Se suelen utilizar antenas muy grandes, donde es dif√≠cil llegar al Foco para el mantenimiento de la antena. Adem√°s utilizan un reflector que lleva el radiador primario en el foco del mismo. La direcci√≥n del haz se puede modificar cambiando la posici√≥n de los elementos radiadores alrededor del foco, se debe tener en cuenta el bloqueo que producen los radiadores dispuestos en torno a √©ste. Por este motivo es m√°s √ļtil el empleo de configuraciones Offset.

Antenas planas

Tipos B√°sicos de Antenas Planas

Antenas de bucle magnético

Las antenas de bucle magnético consisten en un bucle de forma circular, octogonal o rectangular. El perimetro de la antena puede ser del orden de la longitud de onda, o bien bastante menor.

Estas antenas tienen una elevada direccionalidad, con el maximo de recepción en el plano de la antena, y el minimo en el plano perpendicular al plano de la antena,

Son poco afectadas por la tierra a partir de alturas superiores a un metro y medio.

En contrapartida, estas antenas desarrollan tensiones de varios kilovolts en bornes, lo que significa que los materiales deben ser capaces de desarrollar esas tensiones. Las medidas de seguridad también se ven afectadas.

Finalmente, el ancho de banda es de unos pocos kilohertz, lo que significa que en caso de cambio de frecuencia require un nuevo ajuste de la impedancia.

Antenas Microstrip[3]

Definición: Las antenas Microstrip son un tipo de antenas planas. Son una extensión de la línea de trasmisión Microstrip Las antenas planas son monomodo. Son unas antenas resonantes impresas, para conexiones wireless en microonda de banda estrecha que requiere una cobertura semiesférica. Debido a su configuración planar y fácil integración, este tipo de antenas se suelen usar como elelmentos de un array. La forma y dimensiones se calculan para que el parche disipe la potencia en forma de radiación Su estructura se basa en: - Parche metálico de dimensiones comparables a la longitud de onda - Substrato dieléctrico sin pérdidas - Plano de masa

Inconvenientes: - Baja eficiencia - Baja potencia - Alto Q - Pobre pureza de polarizaci√≥n - Banda estrecha - Radiaci√≥n esp√ļrea de las l√≠neas

Ventajas: - Bajo perfil - Conformable a estructuras - Fabricación sencilla y barata - Robustas - Combinable con circuitos integrados de microondas - Versátiles en la elección de la frecuencia de resonancia o polarización

Existen varios tipos de antenas microstrip, la m√°s com√ļn es la antena parche.Esta antena es de banda estrecha y esta fabricada cubriendo los elementos de la antena en un metal con sustrato diel√©ctrico formando una superficie plana. Las formas m√°s comunes de los parches son cuadrados, rectangulares, circulares y el√≠pticas pero es posible cualquier forma.

Estas antenas suelen estar montadas en aviones ,naves espaciales o incorporadas a radios de comunicaciones m√≥viles. Las antenas microstrip son baratas de construir gracias a su simple estructura .Estas antenas tambi√©n son utilizadas en UHF ya que el tama√Īo de la antenas es directamente proporcional al ancho de banda de la frecuencia de resonancia .Una sola antena microstrip puede tener una ganacia de 6-9dBi.Un array de estas antenas consigue mayores ganancias que una sola antena microstrip. La antena microstrip m√°s utilizada es la de parche rectangular .Esta antena es aproximadamente la mitad de la secci√≥n de la longitud de onda de la linea de transmisi√≥n de una microstrip rectangular. Una ventaja de estas antenas es la diversidad de polarizaci√≥n, pueden ser f√°cilmente dise√Īadas para estar polarizadas en vertical, horizontal, circular derecha o circular izquierda.

Este tipo de antenas se dise√Īan a partir de l√≠neas de transmisi√≥n o resonadores sobre substrato diel√©ctrico. Su estructura consiste en un parche met√°lico sobre un substrato diel√©ctrico sin p√©rdidas. El grosor varia entre 0.003\lambda\, y 0.05\lambda\, y su constante diel√©ctrica puede tomar valores entre 2 y 12. En la parte inferior hay un plano conductor perfecto.

Las antenas parche son un tipo popular de antena cuyo nombre viene del hecho de que consisten b√°sicamente en un parche de metal tapado por un soporte plano que normalmente es de pl√°stico y lo protege de da√Īos.

Antena parche

Configuración

La antena parche más simple usa un parche con una longitud que es las mitad de la longitud de onda y un soporte más largo. El flujo de la corriente va en la dirección del cable de alimentación, así el vector de potencia y el campo magnético siguen la misma dirección que la corriente. Una antena simple de este tipo radia una onda polarizada linealmente.

Gananciaantena.gif

Ganancia

En una antena microstrip con parche rectangular mientras la longitud del parche sea la misma que la del dipolo resonante podemos tener 2 dB de ganancia de la directividad de la línea vertical del parche. Si el parche es cuadrado pueden ser otros 2 o 3 dB. El soporte plano impide la radiación alrededor de la antena reduciendo la potencia media en todas las direcciones en un factor de 2.lo que hace que la ganancia aumente en 3 dB. Un patrón típico de diagrama de radiación de una antena polarizada linealmente de 900 Mhz es el dibujado en la siguiente gráfica. La gráfica muestra un corte en el plano horizontal, el plano vertical es muy similar.

En esta gr√°fica podemos ver que en un √°ngulo de 90¬ļ la radiaci√≥n es m√°xima, mientras que si nos vamos alejando la radiaci√≥n es menor y acaba cayendo 3 dB. Tambi√©n se puede ver que por detr√°s del parche hay una peque√Īa radiaci√≥n.

Comparaci√≥n entre dos antenas: la antena "A" con un parche de 2√ó2 dm y la antena "B" con 3√ó3 dm. Puede observarse c√≥mo var√≠a el ancho de banda y la perdida de retorno seg√ļn va aumentando la frecuencia.

Impedancia del ancho de banda

La impedancia del ancho de banda de una antena está influenciado por el espacio que hay entre el parche y el soporte plano, cuanta menos distancia haya se radiara menos energía y más energía se quedara en la inductancia y capacitancia de la antena con lo que el factor Q aumenta. La ecuación para estimar el ancho de banda de estas antenas es:

 \frac{{\delta f}}{{f_{res} }} = \frac{{Z_0 }}{{2R_{rad} }}\frac{d}{W}

Donde d es la altura del parche, W es el ancho, Z0 es la impedancia de espacio libre y Rrad es la resistencia de radiación de la antena. Una ecuación reducida podría ser:

 \frac{{\delta f}}{{f_{res} }} = 1.2\left( {\frac{d}{W}} \right)

Polarización circular

Polarización circular

Tambi√©n es posible fabricar antenas con ondas polarizadas circularmente. Mirando el dibujo se puede ver como se introduce un retardador de frecuencia que lo que hace es desfasar el vector en 90¬ļ y as√≠ se consigue que sea una radiaci√≥n circular.

Algunas de las aplicaciones de estas antenas son para antenas de los sistemas de teledetección, sistemas de posicionamiento global, antenas de móviles, aplicadores de calor de tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y todos los sistemas a frecuencias de microondas.

Estas antenas se pueden alimentar de varias formas:

  • A trav√©s de l√≠neas impresas
  • A trav√©s de ranuras
  • Sondas coaxiales
  • Acoplamiento de las cavidades

Se puede encontrar un modelo de simulación y la configuración de los distitntos parámetros de estas antenas en la siguiente página:[1]

Una p√°gina donde se puede calcular una antena con los valores que desees es: [2]

Antenas de apertura sintética (SAR)

Este tipo de antenas o radares ilumina una escena a trav√©s de una sucesi√≥n de pulsos en una frecuencia determinada. Una parte de la energ√≠a que se propaga (en todas direcciones) vuelve a la antena (eco).Un sensor mide la intensidad y el retardo de las se√Īales emitidas y las que vuelven y con la interpretaci√≥n de estos √ļltimos se forman im√°genes en funci√≥n de la distancia al radar. Este radar es un sensor activo, ya que lleva su propia fuente de alimentaci√≥n. Opera principalmente en la radiaci√≥n microondas, lo que hace que sea m√°s independiente de factores externos como lluvia, nubosidad o niebla. Esto permite la observaci√≥n continua, incluso en horario nocturno.

Se trabaja en dominio discreto al hacer muestreo de las se√Īales. Las im√°genes radar est√°n compuestas por muchos puntos o elementos, denominados p√≠xeles. Cada p√≠xel representa un eco de vuelta detectado.

Un satélite que utiliza este tipo de antena o radar es el European Remote Sensing Satellite (ERS).

Aplicaciones de las antenas planas

Radio digital por satélite

Se trata de un servicio de radio con procesamiento digital de sonido que puede ser utilizado tanto en edificios como en un vehículo. Los abonados a este servicio podrán disponer de más de 100 canales con la posibilidad de escuchar la misma emisora de radio sin tener que mover el dial del receptor de la radio.

Este sistema sólo existe en Estados Unidos y hay 2 equipos disponibles: Sony XM -Plug and Play- Radio y Pioneer XM Universal Receiver.

Las empresas que han lanzado este sistema son XM y Worldspace.

SAR

En cuanto a los SAR algunas de sus aplicaciones son:

  • Generaci√≥n de modelos digitales de terreno. Se reconstruyen las altitudes de terreno a partir del desenrollado de fase de un interferograma. Esto tiene importantes aplicaciones que incluyen la planificaci√≥n de redes de telecomunicaci√≥n m√≥vil, explotaci√≥n geol√≥gica y planificaci√≥n urbana. Tambi√©n es √ļtil para la construcci√≥n de modelos topogr√°ficos en √°reas remotas donde no se dispone de datos.
  • Control del hielo en el mar. La observaci√≥n casi continua sin la influencia de las condiciones meteorol√≥gicas y la larga noche invernal proporciona datos para servicios de navegaci√≥n en invierno. Con un estudio de este tipo se obtienen datos como localizaciones de masas de hielo, estimaciones del tipo de hielo y su concentraci√≥n.
  • Clasificaci√≥n de uso de tierra y monitorizaci√≥n de bosques. Se puede estudiar la respuesta en amplitud o intensidad de la se√Īal o eco de retorno para controlar distintos tipos de cultivos, talas incontroladas, es decir, los diferentes cultivos se pueden identificar seg√ļn sus efectos sobre la variaci√≥n de la coherencia o sobre la respuesta espectral.
  • Identificaci√≥n de dep√≥sitos materiales. Se pueden detectar los accidentes y estructuras que indican la presencia de dep√≥sitos minerales, bien sea para prospecci√≥n con fines de explotaci√≥n como de estudio.
  • Vigilancia de zonas costeras. Se utilizan este tipo de radares para controlar los efectos del crecimiento incontrolado en las zonas costeras. Algunos de estos efectos pueden ser acumulaci√≥n de contaminantes, erosi√≥n, agotamiento r√°pido de recursos...
  • Inundaciones. Se pueden emplear estas t√©cnicas para tener modelos hidrol√≥gicos y de cauces que sirvan como previsi√≥n.
  • Control de glaciares. Es posible medir con estos radares sus dimensiones as√≠ como controlar sus variaciones a lo largo del tiempo
Antenas sectoriales

Son la mezcla de las antenas direccionales y las omnidireccionales. Es una solución tecnológica ideal para la planificación de redes móviles celulares.

Las antenas sectoriales emiten un haz m√°s amplio que una direccional pero no tan amplio como una omnidireccional. La intensidad (alcance) de la antena sectorial es mayor que la omnidireccional pero algo menor que la direccional.

Para tener una cobertura de 360¬ļ (como una antena omnidireccional) y un largo alcance (como una antena direccional) deberemos instalar o tres antenas sectoriales de 120¬ļ √≥ 4 antenas sectoriales de 80¬ļ. Las antenas sectoriales suelen ser m√°s costosas que las antenas direccionales u omnidireccionales.

A continuación podemos ver el diagrama patrón de una antena sectorial:

Archivo:Diagrama patron antena sectorial.jpg Diagrama antena sectorial

Combinando varias antenas en un mismo m√°stil, podemos lograr cubrir un territorio amplio, mitigando el efecto del ruido y ampliando el ancho de banda:

Antenas sectoriales

Ejemplo c√°lculo antenas sectoriales

Para simular un simple ejemplo de c√°lculo de antenas sectoriales utilizamos el siguiente applet: Applet c√°lculo antenas sectoriales

Calcularemos los diagramas para la siguiente antena real:

Antena sectorial de ejemplo

Estudiando la fotograf√≠a vemos que el n√ļmero de elementos es 3, por lo que N=3

Por otro lado, para el funcionamiento del Applet necesitamos conocer la distancia d. Esta distancia, es la distancia en mm entre los dos centros de dos antenas contiguas. Esta distancia es por lo tanto una lambda (longitud de onda). Si nos fijamos en nuestro caso d = 0,92*lambda.

Para conocer su fase Beta = K * d , siendo d conocida y K=2*Pi / lambda.

De esta maner vemos que Beta es igual a Beta = 2*Pi*distancia, siendo en nuestro caso Beta=2*Pi*0,92 radianes. En grados Beta= 2*Pi*0,92*Pi / 180 = 0,1¬ļ, es decir practicamente cero.

Para estos parametros obtenemos el siguiente patrón:

Resultado c√°lculo

Ingeniería con antenas planas

Efecto del Dieléctrico

La carga dieléctrica de una antena microstrip afecta tanto a la radiación como a su impedancia de ancho de banda.A medida que incrementa la constante dieléctrica del sustrato, el ancho de banda disminuye lo que hace que disminuya también el factor Q y por lo tanto también disminuye la impedancia de ancho de banda.Esto no aparece inmediatamente cuando se utiliza el modelo lineal de transmisión pero si cuando utilizamos el modelo de cavidad.La radiación de una antena microstrip rectangular se puede entender como un par de ranuras equivalentes.Estas ranuras pueden actuar como un array y tener su directividad más alta cuando la antena tiene como dielectrico el aire y disminuye cuando la antena es cargada con material con incremento relativo de la constante dieléctrica.

Antenas de dipolos

Artículo principal: Dipolo (antena)

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Tipos b√°sicos de antenas de dipolo

Dipolo corto

Un dipolo corto (o también llamado dipolo elemental) es un dipolo con una longitud mucho menor que la longitud de onda con polarización lineal (horizontal o vertical

A 1 MHz de frecuencia la longitud de onda es de 300 m. Por tanto, la mayor√≠a de las antenas se comportan como dipolo corto a frecuencias menores de 1 Mhz.

Antena de dipolo corto
Dipolo de media onda

Es un dipolo muy similar al dipolo corto pero en este caso la longitud es igual a la mitad de la longitud de onda.

Dipolo doblado

Un dipolo doblado consiste en dos dipolos paralelos cortocircuitados en su extremo. Uno de los dipolos es alimentado en el centro por un generador.

El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se compensan y también tiene una mayor impedancia.

Antena Yagi

Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le a√Īaden unos elementos llamados "par√°sitos" para hacerlo direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores.

Los elementos directores se colocan delante de la antena y refuerzan la se√Īal en el sentido de emisi√≥n.

Los elementos reflectores se colocan detr√°s y bloquean la captaci√≥n de se√Īales en la direcci√≥n opuesta al emisor.

Log periódica
Antena logoperiódica.

Una antena de tipo log peri√≥dica es una antena cuyos par√°metros de impedancia o de radiaci√≥n son una funci√≥n peri√≥dica del logaritmo de la frecuencia de operaci√≥n. El dise√Īo de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separaci√≥n que se van multiplicando por una constante. Una de los dise√Īos m√°s conocidos es la agrupaci√≥n logoperi√≥dica de dipolos.

Array

Una antena array es un conjunto de elementos radiantes individuales alimentados desde un mismo terminal mediante redes lineales. Normalmente suelen ser elementos iguales y con la misma orientaci√≥n. Se pueden encontrar muchos tipos de arrays diferentes dependiendo de su clasificaci√≥n. Las agrupaciones se pueden clasificar por ejemplo seg√ļn su geometr√≠a, seg√ļn la red, su aplicaci√≥n..

Ingeniería con estas antenas

Log Periódica

Una antena de tipo logarítmica periódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. Con una construcción similar a la de la antena Yagui, solo que las diferencias de longitudes entre los elementos y sus separaciones siguen una variación logarítmica en vez de lineal.

La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagui es que ésta no tiene un elemento excitado, sino que recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor y una impedancia pareja dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena.

Funcionamiento: La receptora de la se√Īal o su regi√≥n activa cambia continuamente dependiendo de la frecuencia, donde en la frecuencia m√°s baja de operaci√≥n, el elemento largo es el resonante y el resto de elementos actuan como directores. En la frecuencia m√°s alta, el elemento m√°s corto resuena y los otros elementos (m√°s largos) actuan como reflectores en el centro de la banda de frecuencia.

Antena banda ancha: con dipolos resonando en diferentes frecuencias estrechas, en una misma antena, conseguimos abrir el ancho de banda de la antena. Antena multibanda: con dipolos resonando en diferentes bandas, podemos obetener una antena capaz de ser multibanda.

Estas antenas pueden proveer hasta 10 dB m√°s de ganancia que una antena de 1/4 de onda, a la vez que pueden atenuar hasta 30 dB fuentes de interferencia provenientes de otras direcciones. La longitud del elemento horizontal y el n√ļmero de elementos transversales determinan el ancho de banda y la direccionalidad de la antena.

Se utilizan principalmente para transmitir se√Īales de TV,FM y para comunicaciones militares.

Fuente http://www.upv.es/antenas/

Yagi

A continuaci√≥n se muestran tres tipos de antenas, cuya comparaci√≥n ilustra lo com√ļn de estas antenas, y tambi√©n sus diferencias. Este tipo de ejercicio es el que los ingenieros deben realizar para elegir la antena m√°s adecuada en cada caso. [4]

Antena Yagi 1044

Este tipo de antena tiene un ancho de banda del 57 % (canales 21-69) y una ganancia de 16,5 dBi. A la hora de seleccionar una antena un ingeniero debe tener en cuenta otros conceptos como la descripci√≥n de la antena que se hace a continuaci√≥n. Estas antenas se caracterizan por el dise√Īo en X de sus elementos directores, los cuales la hacen m√°s corta que una antena Yagi convencional. Esta construcci√≥n consigue una elevada inmunidad contra las se√Īales generadas por la actividad humana, tales como motores o electrodom√©sticos; y una perfecta adaptaci√≥n de impedancias.

Antena Yagi 1443

Esta antena tiene un ancho de banda y una ganancia muy similar al ejemplo anterior. Está compuesta por un array angular de dos conjuntos de elementos directores dispuestos en V. De la misma manera que la antena descrita anteriormente, esta también tiene una reducidas dimensiones.

Antena Yagi 1065

Este tipo de antena, al tener muchos menos directores y tener un √ļnico reflector, tiene una ganancia mucho menor que las antenas anteriores. En este caso la ganancia es de 9,5 dBi. De esta manera se puede apreciar cu√°l es la funci√≥n de los reflectores y directores en las antenas de dipolo y c√≥mo estos modifican la ganancia de las mismas.

Dipolo doblado

A la hora de estudiar este tipo de dipolos, la corriente que los alimenta se suele descomponer en dos modos; par (o modo antena), e impar (o modo línea de transmisión).

El análisis en modo par es el que se realiza cuando se tiene en cuenta que en ambos brazos hay la misma alimentación y en el mismo sentido. El análisis en modo impar, sin embargo, es el que se hace teniendo en cuenta un sentido contrario de la corriente en cada brazo (dos generadores con signos opuestos). Las corrientes totales serán por tanto la suma de las corrientes halladas en cada modo.

An√°lisis del modo impar

El modo impar equivale a dos líneas de transmisión en cortocircuito, alimentadas en serie. La impedancia de una línea de transmisión de longitud H, terminada en cortocircuito es

zt = jz0tankH

La corriente del modo impar del dipolo doblado es

I_{Impar}=\frac{V}{2jZ_{0}tankH}

An√°lisis del modo par

A partir de la siguiente fórmula se halla la corriente del modo par:

I_{Par}=\frac{V}{4z_{d}}

Siendo zd la impedancia de un dipolo aislado, ya que la impedancia mutua de dos dipolos cercanos tiende a la impedancia de un dipolo aislado.

Una vez halladas las corrientes tanto en modo par como impar, se sumarán para hallar la corriente total. La fórmula resultante será la siguiente:

I_{Total}=\frac{V}{4z_{d}}+\frac{V}{2jZ_{0}tankH}

El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se compensan. También hay que tener en cuenta que la relación entre las corrientes del dipolo doblado y del dipolo aislado es 2Idd = Id , y que la potencia a la entrada de los dos dipolos es idéntica, se deduce que

zdd = 4zd

En conclusión, un dipolo doblado equivale a un dipolo simple con corriente de valor doble, e impedancia 4 veces. El diagrama de radiación, sin embargo, será igual al del dipolo simple.

Arrays

El par√°metro fundamental en el dise√Īo de un array de antenas es el denominado factor de array.


El factor de array es el diagrama de radiación de una agrupación de elementos isotrópicos.


Cuando los diagramas de radiación de cada elemento del array son iguales y los elementos están orientados en la misma dirección del espacio, el diagrama de radiación de la agrupación se puede obtener como el producto del factor de array por el diagrama de radiación del elemento.


Para analizar el comportamiento de una antena array se suele dividir el an√°lisis en dos partes: red de distribuci√≥n de la se√Īal y conjunto de elementos radiantes individuales. La red de distribuci√≥n viene definida por su matriz de impedancias (Z), admitancias (Y) o par√°metros de dispersi√≥n (S). Para analizar el Array, se excita un solo elemento y los dem√°s de dejan en circuito abierto. Tambi√©n hay muchos casos en los que se debe tener en cuenta lo que influyen los dem√°s elementos en la radiaci√≥n del elemento alimentado (esto se denomina "acoplamiento"). El diagrama de radiaci√≥n es el producto del diagrama del elemento y del factor de array. Gracias al factor de array (valor escalar) se puede analizar la geometr√≠a y la ley de excitaci√≥n sobre la radiaci√≥n.

La fórmula para hallar el campo total radiado será la siguiente:

\vec{E}_{grupo}=\vec{E}_{elemento} F


Factor de array:

F(\theta,\phi)=\sum A_{i}e^{jkr\vec{r_{1}}}


Resto de par√°metros:

r\vec{r_{1}}=x_{i} sen(\theta)cos(\phi)+ y_{i}sen(\theta)sen(\phi)+z_{i}cos(\theta)

k=\frac{2\pi}{\lambda}=\frac{w}{v}

Arrays de Dipolos para Redes GSM/UMTS

Acoplamiento entre Elementos Radiantes

Normalmente una antena se sit√ļa en una pared o sobre una estructura y muchas veces rodeada de elementos conductores. Las estaciones base de las antenas modernas GSM, incluso suelen estar compuestas de m√ļltiples antenas por sector, donde es posible que dos antenas est√©n tan cerca que pueden interferir en su radiaci√≥n. Los operadores GSM deben tener esto en cuenta ya que la ganacia de la antena puede variar. Esta distorsi√≥n puede utilizarse a nuestro favor si es necesario, simplemente a√Īadiendo alg√ļn director o reflector en el √°rea cercana para conseguir m√°s dBs en la direcci√≥n deseada.[5]

Aspectos Generales Relacionados con la Física de las Antenas

Influencia de la Tierra

La conductividad del terreno es un factor determinante en la influencia de la tierra sobre la propagación de las ondas electromagnéticas. La conductividad de la superficie de la tierra depende de la frecuencia de las ondas electromagnéticas que inciden sobre ella y del material por la que esté compuesta, comportándose como un buen conductor a bajas frecuencias y reduciendo su conductividad a frecuencias mayores.

El coeficiente de reflexi√≥n del suelo es un par√°metro relacionado con la conductividad e informa acerca de como se reflejan las ondas en √©l. Su valor depende del √°ngulo de incidencia y del material que conforma el suelo: tierra h√ļmeda, tierra seca, lagos, mares, zona urbana, etc.

Para un determinado coeficiente de reflexión, la energía reflejada por el suelo aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia respecto de la normal, siendo la mayor parte de la energía reflejada cuando la incidencia es rasante, y teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflejada casi la misma amplitud que los de la onda incidente.

En el caso de las antenas, tratándose habitualmente de emisión o recepción a grandes distancias, casi siempre existe una incidencia rasante.

El rayo reflejado por la tierra puede modelarse, desde el punto de vista de la antena receptora, como el rayo transmitido por una antena imagen de la antena transmisora, situada bajo el suelo. El rayo reflejado recorre m√°s distancia que el rayo directo.

La apariencia de la antena imagen es una imagen especular de la apariencia de la antena transmisora real. En algunos casos se puede considerar que la onda transmitida desde la antena real y la onda transmitida desde la antena imagen tienen aproximadamente la misma amplitud, en otros casos, por ejemplo cuando el suelo tiene irregularidades de dimensiones similares o mayores que la longitud de onda, la reflexión del rayo incidente no será neta.

La distancia recorrida por el rayo reflejado por la tierra desde la antena transmisora hasta la antena receptora es mayor que la distancia recorrida por el rayo directo. Esa diferencia de distancia recorrida introduce un desfase entre las dos ondas.

Véase también: Redes de antenas....

La figura de la derecha representa un √°ngulo de incidencia respecto de la horizontal \scriptstyle{\theta} muy grande cuando, en la realidad, el √°ngulo suele ser muy peque√Īo. La distancia entre la antena y su imagen es \scriptstyle{d}.

La reflexión de las ondas electromagnéticas depende de la polarización. Cuando la polarización es horizontal, la reflexión produce un desfase de \scriptstyle{\pi} radianes, mientras que cuando la polarización es vertical, la reflexión no produce desfase.

La componente vertical de la corriente se refleja sin cambiar de signo, en cambio, la componente horizontal cambia de signo.

En el caso de una antena que emite con polarización vertical (campo eléctrico vertical) el cálculo del campo eléctrico resultante es el mismo que en radiación de un par de antenas. El resultado es:

\textstyle{\left|E_\perp\right|=2\left|E_{\theta_1}\right| \left|\cos\left({kd\over2}\sin\theta\right) \right|}

La inversión de signo para el campo paralelo solo cambia un coseno en un seno:

\textstyle{\left|E_=\right|=2\left|E_{\theta_1}\right| 
\left|\sin\left({kd\over2}\sin\theta\right) \right|}

En estas dos fórmulas:

  • \scriptstyle{E_{\theta_1}} es el campo el√©ctrico de la onda electromagn√©tica radiado por la antena si no hubiese la tierra.
  • \scriptstyle{k={2\pi\over\lambda}} es el n√ļmero de onda.
  • \scriptstyle{\lambda} es la longitud de onda.
  • \scriptstyle{d} es la altura de la antena.


Antenas en recepción

Los diferentes tipos de antenas y su irradiación.

El campo el√©ctrico de una onda electromagn√©tica induce una tensi√≥n en cada peque√Īo segmento del conductor de una antena. La corriente que circula en la antena tiene que atravesar la impedancia de la antena.

Utilizando el teorema de reciprocidad se puede demostrar que el circuito equivalente de Thévenin de una antena en recepción es el siguiente:

Circuito equivalente

V_a={\sqrt{R_aG_a}\,\lambda\cos\psi\over\pi\sqrt{120}}E_b

  • \scriptstyle{V_a} es la tensi√≥n del circuito equivalente de Thevenin.
  • \scriptstyle{Z_a} es la impedancia del circuito equivalente de Thevenin y es igual a la impedancia de la antena.
  • \scriptstyle{R_a} es la resistencia en serie de la impedancia \scriptstyle{Z_a}\,de la antena.
  • \scriptstyle{G_a} es la ganancia de la antena (la misma que en emisi√≥n) en la direcci√≥n de donde vienen las ondas electromagn√©ticas.
  • \scriptstyle{\lambda} es la longitud de onda.
  • \scriptstyle{E_B} es el campo el√©ctrico de la onda electromagn√©tica incidente.
  • \scriptstyle{\psi} es el √°ngulo que mide el desalineado del campo el√©ctrico con la antena. Por ejemplo, en el caso de una antena formada por un dipolo, la tensi√≥n inducida es m√°xima cuando el dipolo y el campo el√©ctrico incidente est√°n alineados. Si no lo est√°n, y que forman un √°ngulo \scriptstyle{\psi} la tensi√≥n inducida estar√° multiplicada por \scriptstyle{\cos\psi}.

El circuito equivalente y la fórmula de la derecha son válidos para todo tipo de antena: que sea un dipolo simple, una antena parabólica, una antena Yagi-Uda o una red de antenas.

He aquí tres definiciones:

\begin{matrix}
{ Longitud\ eficaz\  de\  la\  antena}&=&\textstyle{{\sqrt{R_aG_a}\lambda\cos\psi\over\pi\sqrt{120}}} \\
 & & \\
{ Potencia\  disponible\  m\acute{a}xima}&=&\textstyle{{G_a\lambda^2\over 480\pi^2}E_b^2} \\
 & & \\
{ Superficie\  eficaz\  o\  secci\acute{o}n\  eficaz}&=&\textstyle{{G_a\over4\pi}\lambda^2}\\
\end{matrix}

El corolario de estas definiciones es que la potencia m√°xima que una antena puede extraer de una onda electromagn√©tica depende exclusivamente de la ganancia de la antena y del cuadrado de la longitud de onda (őĽ).


La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo solido.

Referencias

  • Antenas. A. Cardama, L. Jofre, J.M. Rius, J. Romeu, S. Blanch, M. Ferrando. Edicions UPC ISBN 84-8301-625-7
  • Antenna Theory: Analysis and Design (John Wiley & Sons, 2005) by Constantine A. Balanis
  • Introducci√≥n a la teor√≠a de antenas
  • Radiocomunicaciones, Curso con cientos de preguntas y ejercicios pr√°cticos de autoevaluaci√≥n para el dise√Īo pr√°ctico de radioenlaces, Francisco Ramos Pascual, 2007.

Véase también

Notas

  1. ‚ÜĎ "Salvan: Cradle of Wireless, How Marconi Conducted Early Wireless Experiments in the Swiss Alps", Fred Gardiol & Yves Fournier, Microwave Journal, February 2006, pp. 124-136.
  2. ‚ÜĎ Universidad Polit√©cnica de Madrid: Reflectores
  3. ‚ÜĎ Wikipedia en ingl√©s: art√≠culo "Microstrip Antenna"
  4. ‚ÜĎ Telev√©s
  5. ‚ÜĎ Applied Electromagnetics and Communications, 2003. ICECom 2003. 17th International Conference

Enlaces externos

Commons

Obtenido de "Antena"

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Sinónimos:

Mira otros diccionarios:

  • antenńÉ ‚ÄĒ ANT√ČNńā, antene, s.f. 1. (Adesea fig.) Fiecare dintre cele douńÉ firiŇüoare mobile care se aflńÉ la capul unor insecte, al crustaceelor Ňüi al miriapodelor Ňüi care serveŇüte ca organ de simŇ£. 2. ConductńÉ sau ansamblu de conducte electrice aeriene care… ‚Ķ   Dic»õionar Rom√Ęn

  • antena ‚ÄĒ sustantivo femenino 1. √Ārea: electr√≥nica Dispositivo electr√≥nico para emitir o recibir ondas electromagn√©ticas: antena de televisi√≥n, la antena de la radio, la antena del radar. Alguien me ha arrancado la antena de la radio del coche. antena… ‚Ķ   Diccionario Salamanca de la Lengua Espa√Īola

  • Antena 2 ‚ÄĒ Saltar a navegaci√≥n, b√ļsqueda Antena 2 Radio y Television Ciudad Bogot√° Eslogan La deportiva de Colombia Primera emisi√≥n 1966 Frecuencia 650 AM Bogot√°, 670 AM Medell√≠n, 1030 AM Cali, 1460 AM Barranquilla, 1270 AM Cartagena, 1210 AM C√ļcuta ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Antena ‚ÄĒ bezeichnet: Isabelle Antena (* 1962), franz√∂sische S√§ngerin Antena InternaŇ£ional, rum√§nischer TV Sender Antena 1 (Rum√§nien), rum√§nischer TV Sender Antena 1 (Portugal), portugiesischer Radiosender Antena 2 (Portugal), portugiesischer Radiosender… ‚Ķ   Deutsch Wikipedia

  • Antena 1 ‚ÄĒ Cr√©ation 4 ao√Ľt 1935 Slogan ¬ę A r√°dio que liga Portugal ¬Ľ Langue Portugais Pays ‚Ķ   Wikip√©dia en Fran√ßais

  • Antena 2 ‚ÄĒ Langue Portugais Pays  Portugal Statut ‚Ķ   Wikip√©dia en Fran√ßais

  • antena ‚ÄĒ (Del lat. antenna). 1. f. Ap√©ndice sensorial par de la cabeza de los artr√≥podos. 2. Dispositivo de los aparatos emisores o receptores que, con formas muy diversas, sirve para emitir o recibir ondas electromagn√©ticas. 3. M√°stil o torre met√°lica… ‚Ķ   Diccionario de la lengua espa√Īola

  • Antena 3 ‚ÄĒ can refer to two television channels and a radio station:*Antena 3 (Portugal) *Antena 3 (Romania) *Antena 3 (Spain) ‚Ķ   Wikipedia

  • Antena 3 ‚ÄĒ bezeichnet: Antena 3 (Spanien), Medien und Telekommunikationsunternehmen aus Spanien Antena 3 (Rum√§nien), rum√§nischer TV Sender Antena 3 (Portugal), portugiesischer Radiosender Diese Seite ist eine Begriffskl√§rung z ‚Ķ   Deutsch Wikipedia

  • Antena 2 ‚ÄĒ can refer to:*Antena 2 (Romania), TV channel *RDP Antena 2, radio station ‚Ķ   Wikipedia


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