INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONA N ACIONAL L Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Elécrica Unidad !acaenco
Carrera: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Teoría de Radiadores Electromagnéticos
Profesora: M. en C. Gutiérrez Moreno Pilar Guadalue
!lumnos: "ello Romero Eduardo Ramírez #u$rez !ndrés Ma%imiliano Romero Martínez &uis Enri'ue
Gruo: (CM)
Reorte !ntena Mariosa o "at*ing
Introducción Teórica +na antena es un disositi,o met$lico caaz de radiar y reci-ir ondas electromagnéticas del esacio. En los circuitos transmisores y recetores de radio se roducen corrientes y tensiones eléctricas de altas frecuencias y asociadas a ellas se encuentran las ondas electromagnéticas. Para ,ia/ar or el esacio esas se0ales eléctricas de-en acolarse rimero al mismo. Esta es la función de la antena: adatar camos electromagnéticos entre distintos medios de conducción. Por ello conce-imos una antena como un disositi,o encargado de con,ertir ondas electromagnéticos 1conducidas1 or una línea de transmisión o guía de ondas en ondas 'ue ueden roagarse li-remente en el esacio. +na antena es entonces una interfase entre el esacio li-re y la línea de transmisión. Mientras la línea no irradia energía al esacio la antena si lo 2ace y eso es lo 'ue las distingue. 3eg4n la alicación de la antena el tama0o de la misma estar$ relacionado con la -anda de frecuencias 'ue se 'uiere catar o transmitir. +na clasificación de las antenas uede -asarse en función de: 5recuencia y tama0o: &as antenas utilizadas ara 65 son diferentes de las antenas utilizadas ara 765 las cuales tam-ién son diferentes de las antenas ara microondas. &a longitud de onda es diferente ara diferentes frecuencias or lo tanto las antenas de-en ser diferentes en tama0o ara radiar se0ales a la correcta longitud de onda. 8irecti,idad: &as antenas ueden ser omnidireccionales sectoriales o directi,as. &as antenas omnidireccionales irradian aro%imadamente con la misma intensidad en todas las direcciones del lano 2orizontal es decir en los 9);. &os tios m$s oulares de antenas omnidireccionales son los diolos y las de lano de tierra. &as antenas sectoriales irradian rincialmente en un $rea esecífica. El 2az uede ser tan amlio como <= grados o tan angosto como ) grados. &as direccionales o directi,as son antenas en las cuales el anc2o del 2az es muc2o m$s angosto 'ue en las antenas sectoriales. Tienen la ganancia m$s alta y or lo tanto se utilizan ara enlaces a larga distancia Construcción física: &as antenas ueden construirse de muc2as formas diferentes como simles mallas latos ara-ólicos o tu-ulares.
Pará"eros de una Anena &os ar$metros de una antena son ar$metros susceti-les de ser medidos. Permiten desde el unto de ,ista de sistemas tratar la antena como un diolo. 3e definen ar$metros de tio circuital y de tio direccional. &a mayoría de estos ar$metros se definen en transmisión ero son ,$lidos tam-ién en receción. &os rinciales ar$metros de las antenas son:
> 8irecti,idad y Ganancia > 8iagrama de radiación o atrón de radiación > !nc2o del 2az > Imedancia de entrada > Eficiencia de la antena > Polarización > Camos de Inducción de Radiación > &ongitud eléctrica y longitud física > !nc2o de "anda > Intensidad de Camo > Relación frente detr$s &a directi,idad es la roiedad 'ue tiene una antena de transmitir o reci-ir la energía irradiada en una dirección articular. Para un enlace inal$m-rico 'ue utiliza antenas fi/as en am-os e%tremos se uede utilizar esta directi,idad ara concentrar la radiación en la dirección deseada. En cam-io ara una estación mó,il y otra fi/a o am-as mó,iles donde no se uede redecir donde ,a a estar una de ellas la antena de-er$ radiar en todas las direcciones del lano 2orizontal y ara ello se utiliza una antena omnidireccional. &a ganancia es una relación o cociente entre dos magnitudes físicas iguales ?energías otencias tensiones etc.@ es decir un n4mero adimensional 'ue uede ser mayor menor o igual a la unidad. &a ganancia de una antena se e%resa tomando como referencia la energía radiada de una antena est$ndar. &as dos referencias m$s comunes son la antena isotróica y la antena diolo resonante de media longitud de onda. &a antena isotróica irradia en todas las direcciones con la misma intensidad. Esta antena no e%iste ero sir,e como atrón técnico sencillo con el 'ue se comaran las antenas reales ya 'ue cual'uier antena real ,a a irradiar m$s energía en algunas direcciones 'ue en otras. Ganancia 8irecti,a y Ganancia de Potencia !m-os términos se refieren a la caacidad de una antena ara concentrar la energía en cierta dirección. 3i se suministra la misma otencia a una antena cual'uiera y tam-ién a una antena isotróica la Ganancia 8irecti,a 8 ?o directi,idad@ de la rimera antena se o-tiene mediante la relación: 8 A 8ensidad de Potencia en la dirección de m$%ima radiación ?ló-ulo rincial@ 8ensidad de Potencia 'ue e%istiría con la antena isotróica &a Ganancia de Potencia G se define como la relación entre la otencia radiada 'ue de-e emitir un radiador isotróico ara o-tener una intensidad de camo en cierto unto y la otencia eléctrica 'ue se de-e suministrar a la antena directi,a ara o-tener la misma intensidad de camo. &as dos definiciones anteriores aarentan ser iguales ero la diferencia es 'ue la Ganancia de Potencia
considera las érdidas ó2micas. &a ganancia suele e%resarse en deci-eles si nos referimos a otencias tomando como referencia el radiador isotróico como:
3i nos referimos a las intensidades de camo eléctrico:
&a ganancia de un diolo de media onda en el esacio li-re resecto a un radiador isotróico es de <)B 'ue reresenta una ganancia de .<( d"i o sea 'ue osee una caacidad de concentrar .<( d" en una sola dirección de m$%ima radiación comarado con una antena isotróica. 8e igual manera si tomamos como referencia al diolo de media onda:
8iagramas de radiación o atrón de radiación Es la reresentación gr$fica de la forma en 'ue la energía electromagnética se distri-uye en el esacio. El diagrama uede ser o-tenido or la colocación de una antena fi/a de rue-a en relación a un entorno donde se est$ midiendo el diagrama tam-ién or la rotación de la antena en torno a sus e/es donde las se0ales en,iadas son reci-idas en un recetor caaz de discriminar con recisión la frecuencia y la otencia reci-idas. 3e uede reresentar esta medición en forma cartesiana o olar. Ejemplo de diagrama de radiación polar que representa la energía radiada alrededor de una antena para un valor máximo y mínimo y el ancho del haz de 60º para mitad de potencia -d!"
El 3tanding Da,e Ratio ?3DR@ o Relación de nda Estacionaria ?RE@ es una medida de adatación de imedancia de las cargas a la imedancia característica de una línea de transmisión o guía de ondas. En la r$ctica la mayoría de las líneas de transmisión utilizados en estas alicaciones son ca-les coa%iales con una imedancia de ( o F( o2mios . Para entenderlo me/or se usa este e/emlo: el ,alor de 73DR <.: < denota un ,olta/e de corriente alterna de-ido a las ondas de ie a lo largo de la línea de transmisión de alcanzar un ,alor de ico <. ,eces la de la tensión alterna mínima a lo largo de esa línea.
!ntena "at*ing o Mariosa +na antena #a$ing o superurnsile es un tio de antena de radio llamado así or su forma característica 'ue se aseme/a a un ala de murciélago o a/arita. Matrices ailadas de antenas de -at*ing se utilizan como antenas de radiodifusión tele,isi,a de-ido a sus características omnidireccionales ?es decir 'ue transmiten en todas direcciones@. &as antenas "at*ing tíicamente generan una se0al olarizada 2orizontalmente. &a ,enta/a del dise0o 1-at*ing1 ara la radiodifusión de tele,isión es 'ue cuenta con un amlio anc2o de -anda . &as antenas -at*ing son -$sicamente un tio de la antena diolo cruzado una ,ariante de la antena de torni'uete . &a disosición tíica consta de dos ares de elementos idénticos de comensación en $ngulo recto 'ue se montan ,erticalmente alrededor de un m$stil com4n. &os elementos o 1alas1 en los lados ouestos son alimentados como un diolo. Para generar un atrón omnidireccional los dos ares de elementos son alimentados or lo 'ue est$n desfasados ;. &a antena irradia radiación olarizada 2orizontalmente en el lano 2orizontal. Cada gruo de cuatro elementos en un solo ni,el se le conoce tíicamente como una -a2ía de modo 'ue la radiación uede ser omniHdireccional.
&a característica m$s nota-le de una antena -at*ing es su amlio anc2o de -anda de aro%imadamente de la frecuencia de funcionamiento a una 73DR de <.<: <. Esto 2ace 'ue el dise0o de la antena adecuada ara las emisoras 'ue deseen utilizar una sola antena ara transmitir m4ltiles se0ales de tele,isión. &as antenas omniHdireccionales tienen un diagrama de radiación constante so-re los 9) grados en el lano es decir un círculo. Por este moti,o son muy utilizadas en estaciones -ases cuando se 'uiere cu-rir todas las direcciones. Tanto el diolo de media onda como la antena de Marconi son omnidireccionales ero su ganancia es muy reducida or lo 'ue ara las estaciones -ases se suela -uscar antenas 'ue ofrezcan mayor ganancia las cuales se ueden construir com-inado antenas elementales en lo 'ue se conoce como Jarreglos de diolosK ?como es el caso de la antena mariosa@. &a ganancia de una antena omnidireccional de este tio es de alrededor de = a < d"i. 3on usadas ara imlementar enlaces unto a multiunto ?PtMP@. 3on muy -uenas ara co-erturas de < H ( Lilometros esecialmente en com-inación con antenas altamente directi,as. -sér,ese 'ue la ganancia en el lano 2orizontal se o-tiene disminuyendo la radiación 2acia arri-a y 2acia a-a/o como uede constatarse en la figura.
Construcción Material:
8esarrollo: Para esta-lecer las dimensiones de la antena rimero de-emos rooner un ,alor de frecuencia dentro del rango de la 765 en este caso se roonen % M6z. Posteriormente se calcula la longitud de onda or medio de la fórmula: 3 × 10
C
A
F
A
6
8
[m/s]
[
× 10 Hz =1 / s
]
A
Teniendo así las dimensiones se rocedió a ensam-lar la antena utilizando el material adecuado.
Conclusiones