A NTE NT E NA Las Antenas son las partes de los sistemas de telecomunicación específicamente diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas, es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Las antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa. Es un sistema conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas E.M. del espacio, que adaptan ondas guiadas, desde conductores o guías al espacio libre. Existen antenas de distintos tipos, todas ellas cumplen la misma misión: servir de emisorreceptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectúa simultáneamente, sino alternativamente, se denomina comunicación semiduplex. Todas las comunicaciones dentro del ámbito WIFI son bidireccionales semiduplex.
S I S TE MA D E C OOR OO R D E NA D A S Se utilizará habitualmente un sistema de coordenadas esférico. Las tres variables de un sistema esférico son ( r, q , f ) En un sistema coordenado esférico las superficies r=cte son esferas, q=cte son conos, mientras que f=cte son semiplanos. La intersección de las tres superficies determina la orientación de los tres vectores Unitarios, que son perpendiculares a las superficies respectivas.
TIPOS TIPOS DE A NTENAS NTENAS : A NTE NT E NA S OMNID OMN ID IR E C C IONA IO NA L E S Se les llama también antenas de fuste vertical. Se utilizan principalmente para emitir la señal en todas las direcciones. En realidad la señal que emite en esa forma de óvalo, y sólo emite en plano (no hacia arriba ni hacia abajo).
A NTE NT E NA OMNID OMN ID IR E C C IONA IO NA L
Se suelen colocar en espacios abiertos para emisión todas las direcciones. También se usan en espacios cerrados. En caso de colocarlas en el exterior exterio r es conveniente colocarle un filtro de saltos de tensión, para evitar problemas con tormentas eléctricas. Son baratas, fáciles de instalar y duraderas. Su ganancia está en torno a los 15 dBi.
A NTE NT E NA S D IR E C C IONA IO NA L E S
Las antenas direccionales (o yagui), tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de metal que cruzan el interior de ese tubo. ANTENA DIRECCIONAL DIRECCIONAL La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 30 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlaza. Como todas las antenas exteriores hay que protegerla ante posibles descargas eléctricas.
A NTE NT E NA S D E S E C TOR TO R
Al igual que las antenas omnidireccionales omnidireccionales,, su uso es para conexiones conexiones punto a multipunto. Estas sin embargo solo emiten en una dirección Su radio de cobertura está entre los 60 y los 180 grados Antena Sectorial Sectorial La ganancia ganancia de estas antenas es mejor que las omnidireccionales omnidireccionales (aproximadamente 22 dBi), y permiten orientarlas hacia la dirección que mas interesa (incluso hacia arriba y hacia abajo)
A NTE NT E NA S D E P A NE L
Se utilizan para conexiones punto a punto enfocadas. Son como pequeñas cajas planas y tienen una ganancia de hasta 24. dBis.
A NTE NT E NA S Y A G UI
Las antenas yagui, (o direccionales) tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de metal que cruzan el interior de ese tubo.
A NTE NT E NA D IR E C C ION IO N A L Y A G UI
La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 21 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlazar.
A NTE NT E NA S P A R A B ÓL IC A S Las antenas parabólicas son las más potentes que se pueden adquirir (hasta 27 dBi), por lo que son las más indicadas para cubrir largas distancias entre emisor y receptor. Cuanta mayor ganancia tienen, mayor diámetro de rejilla. ANTENA PARABÓLICA PARABÓLICA DE REJILLA
A NTE NT E NA S D IP OL O Este tipo de antenas, están más indicadas para lugares pequeños, y más concretamente para uso de Access Points (imagen 1). La ganancia de esas antenas oscila entre los 2 y los 7 dBi’s.
LA GA NANCIA NANCIA La característica más importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de amplificación de la señal. La ganancia representa la relación entre la intensidad de campo que produce una antena en un punto determinado, y la intensidad de campo que produce una antena omnidireccional (llamada isotrópica), en el mismo punto y en las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena. La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se calcula como el logaritmo de una relación de valores. Como para calcular la ganancia de una antena, se toma como referencia la antena isotrópica, el valor de dicha ganancia se representa en dBi.
PATR ÓN DE R ADIACIÓN El patrón de radiación es un gráfico o diagrama polar sobre el que se representa la fuerza de los campos electromagnéticos emitidos por una antena. Este patrón varía en función del modelo de antena. Las antenas direccionales representan un mayor alcance que las omnidireccionales.
CA MPOS EN UNA UNA ANTENA ANTENA G ENÉ R ICA La idea es poder calcular adecuadamente los campos. De esta forma, podemos diseñar antenas que cumplan las características que requerimos Podemos optimizar diseños
CA MPOS EN UNA UNA ANTENA ANTENA G ENÉ R ICA: Introduciendo un vector potencial A, obtenemos:
Luego sólo bastará conocer el valor de A:
Y para conocer el vector A, es necesario conocer la distribución de corriente…
DISTRIBUCIONES DISTRIBUCIONES DE CORR IENTE IENTE PA R A E L DIPOLO DIPOLO ELE MENTAL:
POLARIZACIÓN Se le llama polarización de la antena a la polarización del campo eléctrico respecto a un plano de tierra dado. La polarización puede ser lineal, vertical o elíptica. CPL (Cross-Polarización Level) es una medida de polarizaciones no deseadas. Esto nos indica la orientación de los campos electromagnéticos que emite o recibe una antena. Pueden ser los siguientes: Vertical: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es vertical con respecto al horizonte terrestre (de arriba a abajo).
Horizontal: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es paralelo al horizonte terrestre. Circular: Cuando el campo eléctrico generado por la antena gira de vertical a horizontal y viceversa, generando movimientos en forma de círculo en todas las direcciones. Este giro puede ser en el sentido de las agujas del reloj o al contrario. Elíptica: Cuando el campo eléctrico se mueve igual que en caso anterior, pero con desigual fuerza en cada dirección. Rara vez se provoca esta polarización de principio, más bien suele ser una degeneración de la anterior.
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Las ondas electromagnéticas se caracterizan por su frecuencia y longitud de onda. El conjunto de todas las frecuencias se denomina espectro.
C las las ificación ifi cación de las las antena ntenass : Según su forma Según su ganancia Según la forma del pattern Según ancho de banda, precio, etc.
Según la aplicación habrá una antena con mejores características según nuestras necesidades
A ntenas de cable Dipolo: Usada principalmente en radiodifusión Ganancia: 2dB, BW: 10%, HPBW: 78º, Directividad: 2.15 dB (1.64 Iso) Monopolo: Usada en radiodifusión Zin: 36.5 [Ohm], Ganancia: 2-6 dB, BW: 10%, Directividad: 3.28 dB Loop: Usada en recepción. Ganancia: -2 a 3 dB, BW: 10%, Mejorable con núcleo de ferrita
Hélice Dos modos principales de operación: normal y axial Opera en modo normal si el diámetro de la vuelta es pequeño comparado con el largo de onda, y en modo axial si es comparable Modo normal: Radía más bien en forma omnidireccional Modo axial: Radía con gran directividad (> 15dB) el cual aumenta con el número de vueltas y está eléctricamente eléctricament e polarizado. Debido a su gran directividad es apropiado para aplicaciones satelitales
B ocina (Horn) Son antenas comúnmente utilizadas a frecuencia de microondas Generalmente usadas como alimentadores de reflectores parabólicos Tienen alta ganancia, bajo VSWR, relativamente relativament e alto ancho de banda y fácil construcción y diseño.
Reflectores Los reflectores son elementos usados para mejorar las características de radiación (parabólica) y ancho de banda (yagi) Los reflectores son comúnmente superficies planas, parabólicas, hiperbólicas o lineales
A ntena S ectori ector i al Es un tipo de antena de microondas con un patrón de radiación en forma de sector generalmente de 60°, 90 ° y 120 pueden verse como la mezcla de las antenas direccionales y las omnidireccionales. Emiten un haz más amplio que una direccional pero no tan amplio como una omnidireccional. El alcance de la antena sectorial es mayor que la omnidireccional pero algo menor que la direccional. Para tener una cobertura de 360º (como una antena omnidireccional) y un largo alcance (como una antena direccional) deberemos instalar o tres antenas sectoriales de 120º. La antena omnidireccional irradia energía electromagnética en un ángulo recto a la antena. La intensidad del campo es de 360 grados alrededor de la antena. Si la antena está montada sobre un mástil de entonces la intensidad del campo es muy por encima
de los usuarios. Si la antena se monta en la planta baja entonces los obstáculos entre la antena y el usuario se atenúa la intensidad de la señal. Para el uso al aire libre no hay obstáculos entre el usuario y la antena el usuario está en el camino de gran potencia del campo. Esto se consigue con una inclinación hacia abajo
P atrón de radiaci radiación ón El patrón de radiación horizontal está determinada por el diseño de la antena. Están construidas de 90 grados, 120 grados y 180 grados, las antenas por lo tanto, 4, 3 y 2, respectivamente, respectivamente , son necesarios para proporcionar un patrón de radiación de grado 360. El patrón de radiación vertical está determinada por la ganancia de la antena: una antena de 14dBi tendrá aproximadamente 10 grados de ángulo vertical entre los puntos de -3 dB, y una antena de 20dBi tendrá aproximadamente 7 grados de ángulo vertical.
Diseñada por Dragoslav Dobričić,
Basada en la antena tipo Franklin
La antena Franklin consiste en un hilo que se pliega cada media longitud de onda, tal y como se indica en la figura, manteniendo las mismas corrientes que el dipolo sin plegar
http://www.radiocomunicaciones.net/radio/teoria-de-antenas/ http://personales.unican.es/perezvr/pdf/CH10ST_Web.pdf