ANTENAS PARA SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES Glace Bay, 1902 Campo de antenas utilizado por Marconi
Objetivos de la presentación General: Presentación teórico práctica relativa a sistemas irradiantes para telecomunicaciones Antenas de microondas antenas para radiobases, antenas para WiFi, bluetooth y otras de uso frecuente Objetivos específicos • Asociar conceptos teóricos con los elementos físicos reales. • Comentar las p preguntas g frecuentes de los clientes Presentado por:
I Martín Ing M tí Lema L
[email protected]
Contenido detallado • Lineamientos acerca de cálculos de enlace y la influencia de los parámetros de la antena (punto a punto, y cobertura) • influencia de de los parámetros mecánicos de la antena en el desempeño p de sistema • Cables conectores y ROE. Vinculación de los conceptos teóricos con la aplicación práctica (Cables de cobre y de aluminio)) COFEE BREACK • Antenas parabólicas • Antenas panel para radiobase • Antena distribuida o cable radiante (indoor y mineria) • Antenas de aplicaciones especiales (antenas chip, antenas fractales antenas patch, fractales, patch antenas indoor indoor, etc)
Lineamientos acerca de d cálculos l l de enlace y la influencia f de los parámetros de la antena (punto a punto y cobertura) punto,
CONCEPTO DE MODELO DE PROPAGACIÓN (aplicable a outdoor e indoor) Es una manera simplificada de estimar el campo recibido ibid hhaciendo i d analogía l í con mecanismos i hipotéticos NO SIEMPRE CON FUNDAMENTO EN LA FÍSICA pero muy útil para cálculos reales
Modelo de Friis TRANSMISOR RECEPTOR
ATENUACIÓN EN ESPACIO LIBRE Lfs f = 20 LOG OG (F) ( ) + 20 LOG OG (D) ( ) + 32.44 32 44 Lfs= Pérdidas en el espacio libre en dB F = Frecuencia en MHZ D = Distancia a la antena en Km
DISCREPANCIAS CON LA REALIDAD FÍSICA En la teoría de los circuitos no existen los generadores de potencia Las antenas no tienen ganancia de potencia El espacio libre no atenúa (atenuar es un concepto disipativo que involucra conversión de un tipo de energía en otra y esto lo puede hacer solo una máquina) En el espacio libre la energía se dispersa (baja su densidad de flujo) La - mal llamada- atenuación de espacio libre parece dependiente de la frecuencia (20 logF) pero no lo es, se compensa con la – mal llamada- ganancia de antenas dando un valor real de campo recibido MUY UTIL EN LA PRÁCTICA Las obstrucciones obstr cciones no son todas disipati disipativas, as a aunque nq e alg algunas nas si la son Los cables son disipativos casi en un 100% (en este caso son atenuadores reales)
• Consideremos un punto que emite Pt watts de RF encerrado en una esfera de radio R La potencia que atraviesa la superficie A es:
A Pr = Pt 4.π .R 2 Observar que la densidad de potencia a una distancia R es independiente de la frecuencia y por lo tanto la potencia colectada en un área A también lo es
Teniendo en cuenta que la ganancia i de d una antena t se define como
G =η
4πA
λ2
Donde A = Área efectiva de la antena
η
= Rendimiento de la antena (típicamente 0.65)
Para un desarrollo teórico y por simplicidad para esta charla se asume η =1 (antena perfecta)
Queda
Gλ2 A= 4π Reemplazando A en la fórmula anterior
A Gλ2 Gλ2 = Pt Pr = Pt 2 4.π .R 4.π 16π 2 R 2 Expresando la frecuencia en MHz y las distancias en Km
λ [Km] =
0.3 F [MHz ]
Llegamos a
0. 3 2 1 10 −4 Pr = = 5. 7 2 2 2 2 2 16π F R F R Pasandolo a dB o sea aplicando 10 Log (Pr/Pt)
Pr/ Pt [dB ] = −20 log R − 20 log F − 32.44
Comparacion de la misma antena en 12 GHz y 1.7 GHz
• Calculo con valores reales (del manual) Frecuencia de càlculo Diàmetro de antena Area Ganacia (por manual) Ganacia (Calculo con n=65%) Ganancia Calculo en dB
12.2 GHz 0.6 mts 0.2827 m2 35.1 dBi 3847 (veces) 35.85 dB
1.7 GHz 0.6 mts 0.2827 m2 18.2 dBi 74.22 (veces) 18.7 dB
Potencia de salida 30 dBm 30 dBm At Atenuacion i en espacio i lib libre 5 K Km 128 14 dB 128.14 111 02 dB 111.02 Ganancia de antena RX (de manual) 35.1 dBi 18.2 dBi Ptencia recibida -63.09 dBm -62.82 dBm
Conclusiones • La “ganancia de la antena” es en realidad un índice de cuan direccional es la l antena • En recepción puede visualizarse asociada con el “área en la cual se puede colectar potencia” Cuanto mas grande, mas potencia puede colectar. • En transmisión puede visualizarse asociada con la capacidad de transmitir toda la potencia hacia adelante Una antena de ganancia 30 adelante. dB (1000 veces) pone el mismo campo remoto que una isotrópica alimentada con 1000 veces mas potencia
¿ Es cierto esto ? Ganacia 33 dB (2000 veces) +27 dBm
=
(1/2 W) ERP=+27+33=+60dBm (1 Kw)
• L La antena t no puede d generar potencia, t i la l ganancia simplemente es un parámetro que mide ccuan an direccional es la antena. antena Si se le
aplica ½ watt, nunca puede irradiar mas de d ½ watt
• Una antena con el doble de ganacia (3 dB mas) tiene el doble de superficie. Esto en antenas omni implica el doble de largo. largo • La “atenuación del espacio libre” permite calcular con gran aproximación el valor del campo recibido aun en condiciones reales. Debe usarse en conjunto con las ganancias de antena tanto en TX como en RX
influencia de de los parámetros mecánicos de la antena en el desempeño de sistema
Esfuerzo de viento •
La fuerza que ejerce el viento sobre un objeto se puede d calcular l l con la l siguiente i i t fórmula fó l
F = 0.0622(C.D)V A 2
Donde • F resulta en Kg • 0.0622 es una constante que depende de la (para este ejemplo j p se supone p 1.22 densidad del aire (p 3 Kg/m • C es un coeficiente que depende del perfil del objeto • D es un coeficiente que depende de la relacion Largo/ancho • V es la velocidad del viento en metros por segundo p del objeto j • A es el área expuesta
C fi i Coeficientes CyD Perfil del objeto
Coef “C”
Carga de viento • La carga que produce una superficie expuesta al viento varía en forma proporcional con el área expuesta. • Ej: un área de 1 m2 expuesta a un viento de 100 Km/h produce una fuerza del orden de 50 Kgf. • El precio i y complejidad l jid d d de una estructura t t es directamente proporcional a las cargas de viento que debe soportar. • Por lo tanto todo diseño debe apuntar a reducir tanto como se pueda el área expuesta al viento. g vigente g en la Argentina g es el CIRSOC • El reglamento • El diseño y aprobación de planos de estructuras es incumbencia de los ingenieros civiles.
Para resumir el pproceso de cálculo, se ppuede decir qque el problema se divide en 2 etapas. • En la 1ª se calculan los esfuerzos y se procede al proyecto y dimensionado de la estructura de soporte de las antenas. • En la 2ª se calculan sus acciones sobre el mástil, torre, etc. • En nuestro país el análisis cualitativo y cuantitativo de los mismos i estáá reglamentado l d por la l Normativa N i CIRSOC 306 (Estructura de Acero para Antenas). • En el mismo se encuentran tablas donde se indican los diferentes valores de los coeficientes a aplicar en función del tipo de antena y de la orientación de la misma o sea al ángulo j de acimut de la misma y la dirección del viento. entre el eje
Tipo de antena
Fuerza Axial (FA)
Fuerza Lateral (FS)
1.2 mts sin radomo
416 Kg
126 Kg
1.2 mts Con radomo
196 Kg
121 Kg
Condiciones: Viento de 200 Km/Hora en el sentido que mas carga genera Nota: 200 Km/Hora es la velocidad de supervivencia
En particular respecto a los paneles planos si el ángulo del eje de la antena no está sobre la vertical se deberá considerar una nueva carga L denominada Fuerza de Levantamiento cuyo sentido depende de la inclinación del Panel (típicamente el panel mira hacia abajo, por lo que la fuerza L es hacia arriba). En el siguiente esquema se indica el esfuerzo
Momento torsor del mástil • Un punto importante a tener en cuenta en la especificación de estructuras es la desviación a la torsión. (cuanto se desorienta la antena cuando el diento empuja “de costado” la parábola. • Esto se soluciona mediante el agregado de “esptrellas esptrellas anti torsoras” torsoras en un mástil • Una especificación ‘típica es + / - 0.5° • Esta especificación generalmente apunta a la desorientación de la parábola, debiera estar muy mal calculada la estructura para que colapse por torsión del mástil.
Radomos • Son protecciones mecánicas que cubren la antena. Están hechas con materiales muy resistentes a la intemperie y con una mínima absorción de microondas. • Sirven para reducir la carga de viento y a su vez proteger los elementos mas sensibles (iluminador). • Los hayy de dos tipos: p Flexibles(para (p antenas blindadas, parecen un parche de bombo) y rígidos (Moldeados) Se usan en parábolas y antenas a e as de radiobase ad obase
Radomos
Materiales para radomos • Los materiales mas habituales para los flexibles son TEGLAR (es una fibra de vidrio cubierta con polímero) o Hypalon. (es un nylon cubierto de goma) • Los L radomos d rígidos í id son generalmente l t d de fibra de vidrio o ABS (Plástico)
Carga producida por los cables • Es muy importante ya que , sobre todo en el caso de radiobases celulares) la superficie expuesta de los cables suele ser mucho mayor que la de las antenas, antenas siendo los cables el mayor componente de carga de viento. • Esto requiere de un diseño criterioso y aerodinámico de la distribución de los cables en la estructura
• Recomendaciones: • Poner la menor cantidad posible de cables (por ejemplo usar acopladores de banda cruzada para subir dos portadoras de distinta banda por el mismo cable) • Agrupar los cables cerca de los montantes • Ponerlos en forma de paquetes y no todos planos contra la estructura
Cables C bl conectores t y ROE. ROE Vinculación Vi l ió de los conceptos p teóricos con la aplicación práctica Para Cables de cobre y de aluminio
1937 Cables de conductores lisos y dieléctrico de aire
1953 HELIAX Cables corrugados con dielectrico de aire
1965
1971
Cables corrugados con di lé t i dieléctrico de espuma patentados por Andrew
Cable u ultraflexible
EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO DE LOS CABLES COAXIALES
1975
1978
Cable Cables corrugado corrugados de aluminio LDF como alternativa al cobre
1999 Cables corrugados VXL flexibles
2000 Micro-Cables
2004 AVA cable
2008 Los cables de aluminio CommScope FXL i t d id en introducidos 1998, se unen al portfolio deAndrew en 2008 como una alternativa de bajo costo al cable de cobre
Parámetros importantes
• ATENUACIÓN – DIÁMETRO • PRECIO • CUAN TENTADOR ES PARA LOS LADRONES • FACILIDAD DE INSTALACIÓN
• Impedancia p de transferencia (Cuan ( bueno es el blindaje) • Potencias admisibles • Estabilidad de fase • Otras
ATENUACIÓN EN ALTA FRECUENCIA ((> 2 MHz)) Para cualquier cable coaxial, la atenuación viene dada por la fórmula
A=α F
Donde A= Atenuación en dB por unidad de longitud
α = Constante qque depende p de características
geométricas y eléctricas
¿ Como se calcula alfa ? ALFA
1 1 ( )+( ) r2 α = 0.0393 r1 r1 ln(( ) r2
0.7 0.6 0.5 0.4 ALFA 0.3 0.2
α → dB / 100m F (mHz )
0.1 0 0
1
r1 y r2 en cm y 0.0393 es una constante que surge de los materiales y de las unidades (este valor es para FOAM y cobre) Observar que Los mejores valores comienzan con r1/r2> 2 tiene un mínimo entre 3 y 4, mas precisamente en 3.59
2
3
4
5
6
7
8
9
r1/r2 1/ 2
Z = 122 log(r1 / r 2) r1 / r 2 = 2.6 → Z = 50Ω
Resistencia de un conductor en RF En RF se presenta un fenómeno llamado efecto pelicular, la corriente tiende a circular por la superficie del conductor, estimando que el 99% de la densidad de corriente se da en una profundidad de algunos micrones cuando la frecuencia es de varios MHz
1 δ= π . f .σ .μ Donde δ= profundidad de penetración (en m) f= Frecuencia (en Hz) Ϭ= resistividad (mhos por metro) µ=permeabilidad magnética (Henry por metro)
Ejemplo Numérico (para cobre y aluminio)
1 δ= π . f .σ .μ δ= 2.08 micrones en cobre y 2.67 micrones en aluminio f= 1 GHz Ϭ= 5.85 10 7 en cobre y 3.54 107 en aluminio (mhos por metro) µ=4 ¶ 10 -7 Henry por metro para ambos
¿ Cuan chico es algo de dos micrones ?
50 micrones (pelo humano fino)
50 micrones (un paramecio) Dos micrones(el ancho del trazo comparado d con ell pelo l o ell paramecio) i )
¿ Con este dato, como calculo la resistencia en RF de un conductor?
Un conductor circular de diámetro D se transforma (A los efectos de cálculo para RF) en una chapa de ancho ¶ x D y espesor δ, por lo tanto su superficie es de S= ¶ ¶. D D. δ
La resistencia por metro queda entonces dada por
ρ
1 1 . R= = S π .D D.δ σ Ejemplo numérico para un conductor de 24.5 mm (como el conductor exterior de un 7/8) en aluminio o cobre D=0.0245 m δ= 2.08 micrones en cobre y 2.67 micrones en aluminio (f= 1 GHz) Ϭ= 5.85 10 7 en cobre y 3.54 107 en aluminio (mhos por metro) R (cobre) = 0.101 ohm por metro R (aluminio)=0.137 ohm por metro
Observar la diferencia entre resistividades en CC y 1 GHz para cobre y aluminio, si bien se mantiene la superioridad del cobre sobre el aluminio, se achica la brecha . 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
Series1
0.15 0.1 0 05 0.05 0 Cobre CC
Aluminio CC
Cobre 1 GHz
Aluminio 1 GHz
• Valores de α para los cables mas comunes Tipo de cable
Nro parte Andrew
α db cada d 100 m y F en MH MHz
7/8" cobre
AVA5-50
0. 118
7/8” Aluminio
FXL-780
0.123
1 5/8" Cobre 1-5/8
AVA7 50 AVA7-50
0 0711 0.0711
1-5/8” Aluminio
FXL-780
0.0704 superflexibles
1/4" superflexible
FSJ1
0.619
1/2" superflexible
FSJ4
0.373
Asiento del aluminio
C Conector t EZfit • Instalacion mas rápida que versiones anteriores • Diseño de las roscas mejorado • Caracteristicas eléctricas confiables
Tuerca de atrás
Interfase frontal agregada
• Easier handling than previous series • Menor torque de ajuste • 40% mas liviano y 20% mas corto que las versiones anteriores
• Reduce la cantidad de repuestos necesarios
ATENUCAIÓN DE UN CONECTOR
A = 0.05 f (GHz ) A = 0.15 f (GHz GH )
Para conector recto P Para conector t acodado d d
Este valor está en dB y corresponde a una conexión completa (macho-hembra). Es el valor máximo aceptado por normativas Es independiente del tipo de conector ( o sea N, Din, SMA, etc)
Tipo de conector
Potencia máxima
Frec Máx
Notas
300 W
300 MHz
El conector difundido en equipos de radios VHF/UHF/BC/Radioaficionados No tiene impedancia definida
(500 VP)
No tiene impedancia definida.
600 W
11 GHz
(1500 VP)
El conector mas difundido en general sobre todo en equipos y antenas de origen norteamericano o de telefonia celular mas antiguos Practicamente todos son de 50 OHM aunque los hay de 75 ohm
1300 W (2700 VP) Diseñado para sistemas con varias portadoras de hasta 100W cada una- Buena ti d de IM optim
5o7 GHz depende del cable
El conector mas difundido actualmente en antenas para telefonía celular . Muy robusto y de baja intermodulacion. Son de 50 OHM
Conclusiones • La atenuación de un tramo de cable es dependiente de su diámetro • Prácticamente no hay diferencia notable de atenuación ya sea cable de cobre o de aluminio • La L atenuación ió de d cualquier l i cable bl o conector es directamente proporcional a la raíz cuadrada d lla frecuencia, de f i independientemente i d di del d l material del cable o de la interfaz del conector
VSWR • Voltage Standing Wave Ratio (Relación de onda estacionaria ROE) • Matemáticamente es la relación numérica entre el máximo voltaje y el mínimo voltaje que puede d existir i ti en una lí línea d de ttransmisión i ió uniforme. • La L explicación li ió mas simple i l y ““en palabras" l b "d de este fenómeno es la siguiente:
Explicación de VSWR (ROE) • En un sistema TX-Cable-Antena. El TX aplica una cierta potencia al cable, en éste, parte se disipa (en calor) y parte se transmite a la antena. Si la antena estuviese perfectamente adaptada al cable, TODA la potencia que recibe la aceptaría (la mayoría la irradia y parte la disipa en calor. • En la práctica siempre existe una cierta desadaptación, y esa energía que no puede ni transmitirse ni disiparse ni acumularse vuelve a la transmitirse, fuente (TX) conformando la “potencia reflejada” (las irregularidades o desadaptaciones no son fenómenos disipativos)
• Definiciones DE LA MISMA COSA: • ROE : Relación de Ondas Estacionarias j máximo y el • VSWR: Es relación entre el voltaje mínimo en una línea de transmisión resultantes de la combinación en fase o en contrafase de los voltajes incidentes y reflejados • Pérdida de retorno: Es la relación entre potencia incidente c de e y reflejada e ej d expresada e p es d en e dB d • Coeficiente de reflexión: es la relación entre el voltaje incidente y el reflejado
Fórmulas • VSWR = (1+coef de reflex)/(1-coef de reflex) • Pérd Retorno [dB] = -20 x log10 (coef de reflexion)) • Coef de reflexión = (VSWR-1) / (VSWR+1) • Coeficiente de reflexión = 10 (-Perd ( Perd de retorno [dB]/20)
• Como las reflexiones ocurren en distintos puntos del sistema y con fases aleatorias, el p es impredecible. p valor máximo esperado Estadísticamente puede demostrarse que el máximo valor probable puede calcularse como l raíz la í cuadrada d d de d la l suma de d los l cuadrados d d de cada uno de los componentes. Otro método ( Empírico Empírico, mas simple y recomendado por Andrew) es sumar todos las potencias reflejadas y multiplicarlas por 0.7 07
Preguntas g y vamos al breack
Antena parabólica • Consiste en un elemento conectado al equipo de radio (el iluminador) y un reflector (a veces llamado “el el plato”) plato ) • La geometría del reflector es tal que provee una zona de fase constante si es iluminada desde su foco. • Existen muchas geometrías posibles del conjunto iluminador/reflector. La mas sencilla para antenas de microondas terrestres es el paraboloide de revolución
Perfil de una antena parabólica En el plano que pasa por A, todas las señales recorrieron el mismo camino
A=
(F − Z )2 + R 2 + ( A − Z )
Y por lo tanto todas tienen la misma fase
Principales parámetros de una antena parabólica •
• •
•
Diámetro: (generalmente expresado o en pies o en metros) Hay una intima relación entre ganacia y diámetro. De hecho los fabricantes de antenas las clasifican en primer término por diámetro Ganancia: generalmente es el PRINCIPAL parámetro a tener en cuenta al seleccionar una antena. Se define como ganancia a la máxima intensidad de radiación en una dada dirección respecto a la radiación producida por una antena de referencia, alimentada con la misma potencia de entrada Se mide en dBd (dB referidos al dipolo) o en dBi (dB referidos a la antena isotrópica) 1 dBd=2.15 dBi **OJO los decibeles se suman,, una antena de 10 dBd tiene 12.15 dBi**
Ancho de haz-RPE • •
•
El ancho de haz se define como el ángulo en el cual lóbulo principal cae 3 dB (mitad de potencia) respecto del máximo Envolventes del patrón de radiación RPE (Radiation Pattern Envelope) Es una gráfica de la directividad de la antena en función del ángulo respecto del máximo del lóbulo principal. Generalmente se grafica la respuesta en el plano vertical y el horizontal, y dependiendo de si la antena es o no simétrica se grafican 180° o 360° Aún no hay coordinación entre los fabricantes para establecer un formato electrónico único y común.
Ejemplo de RPE
Discriminación de polarización cruzada • Discriminación de polarización cruzada: es la capacidad p de una antena de “aceptar” p las ondas q que recibe con su polarización y “rechazar” aquellas que llegan con una polarización ortogonal. • Como C ejemplo j l una antena t con una di discriminación i i ió d de 35 dB, si recibiese dos señales de igual amplitud pero una con polarización vertical y otra horizontal, la componente medida en el conector de antena causada por la señal de igual polaridad que la antena es 35 dB mayor que la otra antena, otra.
Principales componentes t
Embalajes
Comparación de tipos de antenas parabólicas Tipo de antena
Cualidades
Aplicación
Grillada
Liviana P Poca resistencia i t i all viento i t Polarización simple (V o H)
Hasta 4 GHz S usa en enlaces Se l d de baja y mediana capacidad
Standard
Económica, es la solución ideal Económica donde no se requiere una fuerte relación frente-espalda o la supresión de lóbulos secundarios no es imprescindible
Su principal aplicación es en enlaces de mediana y alta capacidad o donde se necesita una antena robusta
Focal plane
Económica, es la solución ideal d d se requiere donde i una ffuerte t relación frente-espalda
Sistemas de alta capacidad id d
Shielded
Es la solución ideal donde se requieren características de radiación excelentes, gran supresión de lóbulos secundarios y gran relación frente-espalda
Sistemas de alta capacidad
Antena con radio integrado
Otros elementos • Jumpers: Tramo de cable mas flexible que el alimentador principal. • Alimentador principal: Cable coaxial de gran diámetro típicamente entre ½” y 15/8” o guia de onda • Herrajes de montaje A° Inox- Plástico • Kit de Puesta a tierra • Pasamuros
Que distingue una antena de otra? • Dos antenas de iguales características (Ganancia diámetro, F/B, etc) pero de sistinto fabricante se distinguen en: • Mantener las características luego de varios años de instalada • Precisión P i ió mecánica á i (f (forma d dell reflector, fl t exactitud tit d d dell foco, estabilidad, etc) • Resistencia a viento/lluvia/nieve/hielo, etc • Facilidad de transporte y armado • Que se armen con POCAS herramientas
Resistencia a la intemperie p • NO HAY QUE OLVIDARSE QUE UNA ANTENA ES UNA PIEZA MECÁNICA MAS QUE UN COMPONENTE ELECTRÓNICO • Por lo tanto su desempeño será función de su resistencia al intemperie (asumiendo que está bien dimensionada) • Los puntos débiles son • Soldaduras-galvanizado-pintado-resistencia a las dilataciones-selección adecuada de los materiales constructivos (evitar pares galvánicos, etc)
Otros accesorios importantes • Escalerita para coaxiales • Protección del tramo horizontal contra caída de hielo o de herramientas • Pasamuros
Tendencia actual de sistemas de microondas • Cada vez se necesitan mas enlaces con anchos de banda mayores mayores, por lo tanto tiende a utilizarse frecuencias mas altas. • Dada las complicaciones antes mencionadas de las guías, la tendencia actual es a utilizar equipos partidos (con IDU y ODU) que se vinculan por medio de un cable coaxial (tipo RG8) que es barato e instalable sin mayores cuidados id d
Antenas para estaciones base (BSA)
• Tipos • Sectorial ((60°,, 90°,, 120°)) • Omnidireccional
Principales parámetros de una antena BSA • • • • • • •
Ganancia Banda de utilización Ancho de haz S Supresion i dde lób lóbulos l (superior ( i e inferior) i f i ) Tilt eléctrico Potencia admisible Tipo de conector
Ancho del haz Horizontal y Vertical Que es? Es lla apertura E t angular l a mitad it d d de potencia (-3 dB) medida despe el máximo del lóbulo principal de la antena
Para que sirve? Permite obtener la característica deseada de cobertura Vs interferencia
1/2 Power Beamwidth
Null Filling Q es? Que ? El null filling es una técnica de optimización de los arrays internos de la antena de manera de suprimir los ceros en el lóbulo inferior
Para que sirve? Para antenas con un haz estrecho(<12°) El null filling mejora mucho la calidad de La pisada en las zonas de cobertura.
Ordenes de magnitud: La mayoría de las antenas tiene sin optimización entre 20-30 dB Las antenas del tipo MaxFill™, tiene típicamente 10-12 dB!
Null Fill Importante en antenas de haz muy estrecho
Potenccia recibida (dBm)
Cero rellenado a 16 dB debajo Del pico 0
Potencia de TX = 1 W
-20
Alltura de antena de BS = 40 m
-40
Ganancia de la antena = 16 dBd
-60
Ancho de haz (vertical) = 6.5°
-80 -100 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Distancia(km)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Supresión de lóbulos superiores i Que es? La supresión p de lóbulos superiores p ((USLS)) es una técnica de construcción de las antenas Que lilmita la potencia irradiada en los lóbulos Superiores indeseables
Para que sirve? Para antenas con un haz vertical muy estrecho (menos de 12°), USLS reduce significativamente la interferencia producida por multi-path o cuando la antena tiene down-tilt mecánico.
Tilt • Es la inclinación con la que se instala una antena. El tilt es hacia abajo j prácticamente p en todas las aplicaciones. • Tiene como objetivo LIMITAR la cobertura en modo controlado y lo mas abruptamente posible. posible
Downtilt Mecánico
El tilt il mecánico á i hace h que: • El lóbulo principal esté antes del horizonte • El lóbulo posterior apunta hacia arriba • A ± 90° no hay tilt Analogia: es como si el patrón de radiación apoyara en un disco
Downtilt eléctrico
El Tilt eléctrico sirve para: • Que el lóbulo principal apunte debajo del horizonte • Que el lóbulo opuesto también apunte debajo del horizonte • A ± 90° También el tilt está abajo del horizonte
“Cono” Del lóbulo principal
Analogia: es como si el patrón de radiación apoyara en un cono
Elements
Dipolo
Patch
Directed Dipole™ (1900)
800/900 MHz Tipos de irradiantes Directed Dipole™
Diversity (XPol) Directed Dipole™
MAR Microstrip Annular Ring
Antenas Dual Pol •
• •
Se trata básicamente de dos antenas ortogonales entre sí montadas en un mismo backplane y radomo. Esto reduce mucho el espacio necesario y la carga de viento. El parámetro que caracteriza estas antenas (además de los típicos de una antena panel) es la aislación entre ports Exteriormente tienen dos conectores (uno para cada antena) Existen sistemas tres cuatro antenas y mas antenas en un mismo radomo (dual Pol Simplex o dual-dualPol) cuya aplicación típica es usar dos antenas para RX y una para TX con lo que se puede utilizar una sola antena por sector para una radiobase.
932LG65VTEB Directed Dipole™ con Tilt Variable •
La tecnología Directed Dipole Provee un patrón de radiación preciso y definido
•
Radomo redondeado para reducir la carga de viento
•
Compatible con TeleTilt® Remote Control Antenna System.
•
Disponible en QUAD (4-port) version.
•
Varias ganancias disponibles disponibles.
Quad Antennas: Model
HBW
Gain
Tilt Options
DB932QDG65EM
65°
18.1 dBi
0, 2
DB932QDG90EM
90°
16.8 dBi
0, 2, 4
928QDG65T5EM
65°
16.6 dBi
928QDG90T5EM
90°
15.3 dBi
Ideal para combinación en aire
Note:
Usando combinador se pierden 3 dB (tipicamente).
932QDG Fixed Tilt Series - QUADS -45° Either: Tx1/Rx1
+45° Tx2
-45° Tx3
+45° Tx4/Rx2
Or: Rx1
Tx1
Tx2
Rx2
• Una antena por dentro
A Antenas múltiples úl i l
Vista de la parte inferior de una antena séxtuple
Antena trisectorial p Dual pol (3 sectores de dos antenas cada uno)
ANTENAS INTELIGENTES
Son una importante evolución en términos de antenas para radiobases. Además del sistema de tilt eléctrico remoto RET existente en las antenas BSA (Base Station Antennas)– que hacen posible controlar a distancia el tilt vertical de la antena - permiten t bié ell ajuste también j t remoto t en acimut i t del d l haz h de d apertura horizontal, según la necesidad de cobertura.
Las hay de 2 o 3 grados de libertad De dos grados de libertad: •Con Tilt ajustable remotamente •Con Azimuth ajustable remotamente De tres grados de libertad: •Con Tilt ajustable remotamente •Con Azimuth ajustable remotamente j remotamente •Con ancho de haz ajustable
Implementacion de ajuste del ajuste remoto de tilt (RET)
Antenas In-door •
• •
Básicamente no tiene diferencias con una antena diseñada para outdoor, solamente que el radomo mas función estética que técnica y normalmente no son herméticas con lo que se abarata el costo de fabricación. También son de baja ganancia ya que no tiene ninguna utilidad la ganancia en una apliacación indoor (ganancia=directividad) Típicamente las hay Omni y “panel” siendo las tipo omni para poner een el e medio ed o de un u recinto ec to y las as panel pa e contra co t a una u a pared. pa ed.
• Antenas puntuales tipo omni
• Tipo panel
Antenas microstrip y chip Lan nuevas tecnologías inalámbricas requieren de antenas con requisitos especiales • Grandes anchos de banda • Frecuencias disímiles (GPS+Celular+WiFi) • Reducido tamaño • Fáciles de integrar con la electrónica
• • • • • •
ANTENAS PATCH Caracteristicas
Reducido ancho de banda Baratas Livianas y pequeñas Fá il de Fáciles d reproducir d i Pocas juntas TOTALMENTE INTEGRABLES CON LA ELECTRÓNICA
Antenas patch
Aplicaciones • Radioenlaces punto a punto • Receptores p de GPS de automóviles • Antenas indoor
Nociones bàsicas de diseño de antenas P h Patch • Aquí se desarrolla la mas básica de las antenas Patch (un elemento cuadrado separado un poco sobre un plano de tierra mayor que el elemento cuadrado • Dimensiones del elemento excitado
Consideraciones de la impedancia
Antenas Fractales
ANTENAS FRACTALES Características • • • • • •
Gran ancho de banda Baratas Livianas y pequeñas Fáciles de reproducir P Pocas jjuntas t TOTALMENTE INTEGRABLES CON LA ELECTRÓNICA Ó
A Antenas ffractales l Triangulo de Sierpinski
Arbl de Koch
Aplicaciones • Telèfonos celulares / Ipods • Notebooks • Antenas indoor
Nociones bàsicas de diseño de antenas F Fractales l • Aquí se desarrolla la mas básica de las antenas fractales , un monopolo con forma de triàngulo de Sierpinski • Dimensiones del elemento excitado
• El alto máximo es funcion de la mínima frecuencia utilizable • El alto del triángulo mínimo es función de la máxima frecuencia utilizable
Patrón de radiación
ANTENAS CHIP Características • • • • •
Monobanda o multibanda Baratas MUY PEQUEÑAS S montan como un componente mas Se TOTALMENTE INTEGRABLES CON LA ELECTRÓNICA
Antenas Chip El chip está formado (tipicamente) por un conductor formando antenas del tipo fractal para ser mas eficientes respecto de las dimensiones que ocupan, i inmerso en un dieléctrico di lé i que le l da d resistencia i i mecánica, á i estabilidad bilid d y a su vez con constantes dieléctricas que hacen a la antena aún mas pequeña
Como característica de la antena en si misma, mas que la ganancia se habla de la eficiencia de radiación, que típicamente es del orden del 50% o mejor. La mitad de la energía que se le aplica aplica, efectivamente se irradia
Aplicaciones • Dispositivos Bluetooth • WiFi
Especificaciones típicas de antenas chip hi
Recomendaciones de montaje d una antena Chi de Chip
ANTENAS DISTRIBUIDAS ((Cables radiantes)) La aplicación típica es túneles De modo acoplado
De modo radiante
• La radiación del cable de modo acoplado se fundamenta en la dispersión sobre objetos cercanos • En teoría, en el espacio libre no irradian ya que los campos generados por las ranuras se cancelan mutuamente • Son S típicamente í i aperiódicos iódi (no ( tienen i una banda de trabajo definida)
• La radiación del cable de modo radiante se fundamenta en la radiación generada en las que no se cancelan como en los de ranuras q acoplamiento • La ppresencia de objetos j cercanos hace que q muchas veces también irradien por dispersión • Son típicamente p sintonizados (tienen ( bandas de trabajo definidas)
Parámetros de cables radiantes • Atenuación longitudinal: Como cualquier cable se mide en dB cada 100 mts cable, mts. Típicamente está en el orden de algunos dB cada 100 mts mts.
• Pérdidas de acoplamiento. acoplamiento Se mide en dB. dB Es la relación entre la potencia “dentro” del cable y la recibida por un receptor a 2 mts del cable.(u otra distancia según el fabricante) • Típicamente está entre los 50 y los 80 dB
Grafica de las pérdidas en un sistema de cable radiante
Instalación de cable radiante en un túnel de carbón
Preguntas g
M chas Gracias Muchas
