APLICACIONES ANTENAS LINEALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

Ing. Jaime Vallejos Laos

Escorza Usquiza, Cesar Eduardo

090584H

Olsson Rivas, Bruno Sven

090595J

Ramírez Barrera, Robert Stward

090599e

Sánchez Mosayhuate, Joseph Kevin

090629A

Valencia Torres, Edwin Jhonny

090642h

2012-A

Universidad Nacional del Callao

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

INTRODUCCIÓN

La presente investigación nos ingresa al basto mundo de las antenas lineales, cuyo uso está muy divulgado y puesto en práctica en todo el mundo. El poder conocer estos importantes conceptos nos brindará un enfoque hacia esta área tan necesaria e interesante de nuestra carrera. La misión de un antena es radiar la potencia que se le suministra con las características de la direccionalidad adecuadas a la aplicación. Por ejemplo, en radio difusión o radios móviles se querrá radiar sobre la zona de cobertura de forma omnidireccional, mientras que en radiocomunicaciones fijas interesara que las antenas sean direccionales. En general, cada aplicación impondrá unos requisitos sobre la zona del espacio en la que se desee concentrar la energía. Así mismo para poder extraer información se ha de hacer de captar en algún punto del espacio la onda radiada, absorber energía de esa onda y entregarla al receptor, de esta forma nos damos cuenta que que existe dos misiones básicas de de una antena, las cuales son transmitir transmitir y recibir, imponiendo para cada aplicación condiciones particulares. Hemos querido condensar la información y expresarla en conceptos simples y puntuales, apuntando directamente a la parte aplicativa de cada tipo de antenas. Así mismo, hemos colocado una guía de como elaborar cada uno de las antenas menciondas, pudiendo partir de estos breves tutoriales para iniciar pequeños proyectos relacionados a las antenas con el fin de ir poco a poco incrementando el nivel de nuestro conocimientos y ver en la practica la aplicación de nuestros conceptos teoricos.

(Antena Yagi)

Antenas

2



INTRODUCCIÓN

La presente investigación nos ingresa al basto mundo de las antenas lineales, cuyo uso está muy divulgado y puesto en práctica en todo el mundo. El poder conocer estos importantes conceptos nos brindará un enfoque hacia esta área tan necesaria e interesante de nuestra carrera. La misión de un antena es radiar la potencia que se le suministra con las características de la direccionalidad adecuadas a la aplicación. Por ejemplo, en radio difusión o radios móviles se querrá radiar sobre la zona de cobertura de forma omnidireccional, mientras que en radiocomunicaciones fijas interesara que las antenas sean direccionales. En general, cada aplicación impondrá unos requisitos sobre la zona del espacio en la que se desee concentrar la energía. Así mismo para poder extraer información se ha de hacer de captar en algún punto del espacio la onda radiada, absorber energía de esa onda y entregarla al receptor, de esta forma nos damos cuenta que que existe dos misiones básicas de de una antena, las cuales son transmitir transmitir y recibir, imponiendo para cada aplicación condiciones particulares. Hemos querido condensar la información y expresarla en conceptos simples y puntuales, apuntando directamente a la parte aplicativa de cada tipo de antenas. Así mismo, hemos colocado una guía de como elaborar cada uno de las antenas menciondas, pudiendo partir de estos breves tutoriales para iniciar pequeños proyectos relacionados a las antenas con el fin de ir poco a poco incrementando el nivel de nuestro conocimientos y ver en la practica la aplicación de nuestros conceptos teoricos.

(Antena Yagi)

Antenas

2



DEFINICION DE ANTENA La función de una antena es facilitar que las señales electromagnéticas que viajan dentro de la guía de onda se escapen hacia el espacio libre con la mayor eficiencia posible. Podemos ver la antena como un acoplador o adaptador entre el medio de propagación limitado de la guía de onda y espacio libre. La antena es un eléctrico especial, realizando con el fin de que radie al espacio o reciba del espacio energía electromagnética. Una antena transmisora es la que se conecta a la salida de un transmisor para distribuir al espacio la señal de la radio frecuencia generada mientras que una antena receptora es un componente designado a la captación de las ondas electromagnéticas procedentes de una antena transmisora más o menos lejana. En ambos casos, el principio de funcionamiento es el mismo. Esto significa que el cálculo, las funciones y características de una antena destinada a la transmisión son también válidos para una antena receptora. Así pues, una antena apropiada para emitir del mejor modo posible (con el rendimiento más lato) una señal de una determinada frecuencia, es apropiada también para recibir del mejor modo posible una señal de iguales características. A pesar de esa reciprocidad de empleo las antenas transmisoras se construyen con una estructura algo diferente a las receptoras. Ello se debe a los motivos que a continuación se indica y son comprensibles fácilmente 

En primer lugar las antenas emisoras al recibir toda la potencia que suministra el transmisor deben realizarse de modo que toleren fuertes corrientes y tensione. Por el contrario, esta condición no es necesaria para las antenas receptoras que son atravesadas por señales muy débiles determinadas por los campos electromagnéticos presentes en el espacio y generados, muchas veces, a grandes distancias.



En segundo lugar, los transmisores suelen funcionar de la misma frecuencia (o banda de frecuencia, más bien reducida) y, por lo tanto las dimensiones de sus antenas se calculan expresamente con precisión para obtener el máximo rendimiento a la frecuencia de emisión. En cambio los recetores deben captar señales dentro de una amplia gama de frecuencias, por los que que las antenas antenas de recepción no se prevén, prevén, excepciones para para una frecuencia frecuencia concreta sino de manera que proporcionen un buen rendimiento sobre una amplia gama.

Antenas

3



PARAMETROS GENERALES DE UNA ANTENA Esta formara parte de un sistema, por lo que tenemos que definirle unos parámetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema.

Diagrama de Radiación: Gráfica que nos muestra las características de radiación de la antena. Ancho de Banda: Margen de frecuencia en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características... Directividad: Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la potencia total radiada dividida dividida por el área de la esfera de radio r. La Directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual a la Directividad multiplicada por la eficiencia. Ganancia: Es la Relación entre la densidad densidad de potencia radiada radiada en la dirección del máximo máximo a una distancia r y la potencia total entregada entregada a la antena dividida por el área de una esfera de radio radio r. la eficiencia de una antena es la relación entre ganancia y la directividad. Dicha relación coincide con la relación entre la potencia total radiada radiada y la potencia entregada por la antena. antena. Impedancia de Entrada: Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la reacción entre tensión y corriente de entrada, Z=V/I. La impedancia es compleja. La parte real de la impedancia se le denomina Resistencia de antena y la parte imaginaria es la reactancia. La resistencia de la antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes resonantes cuando se anula su reactancia de entrada. Anchura de haz: Es el parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación, se puede definir el ancho de haz a 3dB, que es el intervalo angular angular en que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad máxima. máxima. 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 c eros adyacentes al máximo. Polarización: Las antenas crean campos electromagnéticos radiados, la polarización electromagnética es una determinada dirección, que puede ser lineal, circular o elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones orientaciones verticales y horizontales, la polarización polarización circular y elíptica elíptica a derechas o a izquierdas según el sentido de giro del campo (observando alejándose de la antena). Relación delante/atrás: Es la relación entre la potencia radiada en la dirección principal y la potencia radiada en la dirección opuesta.

Antenas

4



Son antenas cuyos elementos radiantes son conductores de hilo que tiene una sección despreciable con respecto a la longitud de onda de trabajo. Las dimensiones suelen ser como un máximo de una longitud de onda. Se utilizan en las bandas MF, HF, VHF y UHF Antenas muy sencillas y de fácil construcción, pero no por ello nos condicionan el rendimiento. Si es cierto que se necesita espacio para poder instalarlas, pero de poder hacerlo, los resultados están garantizados. La mayoría de estas antenas se pueden colocar horizontálmente o en "V" invertida, estas últimas hay que tener en cuenta, que no estén cerradas menos de 90º grados, si nó, el rendimiento es nulo. Colocadas horizontalmente, son más bi-direccionales, en cambio en "V" invertida son omnidireccionales.

Tipos de antenas lineales    

El monopolo vertical El dipolo y su evolución, la antena Yagi La espira La hélice

Antenas

5



El monopolo vertical o antena vertical es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical. A 1 MHz de frecuencia central, la longitud de onda es de 300m, por lo que un dipolo en λ/2 deberá medir 150m. Esto es bastante complicado de conseguir. Y por si fuera poco, nos encontramos con otro problema, el suelo. Para solucionar esto, es decir, utilizar antenas más pequeñas, se utilizan los monopolos. Siguiendo con el ejemplo anterior, si colocamos el dipolo de 150m en el suelo, este se comportará como una antena de 300m en el espacio libre.

Plano de masa Se considera que el monopolo no es una antena completa, y que necesita ser completada por un plano de masa para poder funcionar correctamente. Realmente la antena funciona correctamente sin este plano de masa, pero la eficiencia es mucho menor. Ese plano de masa puede ser natural (por ejemplo, una superficie de agua salada), o bien artificial (una serie de conductores que se unen en la base del monopolo). Lo que se hace normalmente es crear un plano metálico ficticio, enterrando conductores por debajo de la antena, lo que hace subir la conductividad, y con ello decrecen las pérdidas (aumenta la eficiencia). Algunas personas aseguran poder hacer funcionar el monopolo supuestamente sin plano de masa. En realidad, en ausencia del plano de masa éste es reemplazado por todo objeto circundante, incluyendo la tierra. Eso hace que si los objetos circundantes son malos conductores, habrá grandes pérdidas y la antena no será eficiente.

Antenas

6



Comparación con el dipolo Tenemos la misma configuración que con un dipolo largo, pero radiando sólo en la mitad del espacio, por lo que la potencia que radia el monopolo es la mitad que la radiada por el dipolo largo. Prad mono = Prad dipolo/2

Consecuentemente, la resistencia de radiación del monopolo es la mitad del dipolo largo. Rrad mono = Rrad dipolo / 2

Y la directividad será el doble. Dmono = 2 * Ddipolo

APLICACIONES 





El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos. En ellas, el cuerpo metálico del vehículo sirve de plano de masa. A causa de la popularidad de la VHF móvil en la banda de 2m, la antena más común es el monopolo vertical. Eso explica a su vez que en la banda de 2m la polarización en la clase de emisión F3E (Frecuencia Modulada o FM) sea la polarización vertical. El monopolo vertical es muy usado en las expediciones de radioaficionados, sobre todo desde islas o costas. El diagrama de emisión del monopolo vertical muestra emisiones sumamente rasantes, lo que garantiza que la energía esté concentrada a pocos grados por encima del horizonte, favoreciendo así el alcance máximo por reflexión en la ionosfera; las extensiones de agua salada son espejos ideales para las ondas HF, que les sirven de plano de masa.

Antenas

7



El dipolo es la antena más elemental, aunque la más popular a través de los tiempos. Su extrema sencillez de manufactura, unida a una buena prestación aunque básica, ha logrado indiscutiblemente ser la antena más usada en el ámbito radial de HF

Consideraciones mínimas para el buen desempeño de un dipolo - Cada segmento debe ir aislado en sus extremos: el punto de ataque o toma de coaxial irá al centro. - Cada brazo debe medir 1/4 de onda con respecto a la frecuencia central de trabajo. - La altura mínima desde la superficie del suelo, también será de 1/4 de onda. - La longitud del cable coaxial deberá ser igualmente un múltiplo aproximado de 1/4 de onda - En el punto de ataque es conveniente situar un balún de relación 1:1 - Para ajuste de la R.O.E. se deberá acortar o alargar levemente el largo de los elementos o también variando el ángulo de de caída de los mismos.

Reglas básicas - A mayor altura del dipolo, ángulo más bajo de disparo, mayor ganancia - A mayor despeje de elementos circundantes menor alteración a los lóbulos de disparo, mayor ganancia. - A mayor grosor del cable irradiante utilizado, mayor anchura de banda, ajuste menos crítico. NOTA: Debemos recordar que en todos los casos las impedancias nominales de estas antenas pueden variar si no se instalan a las alturas predeterminadas. Una antena instalada baja o alta o con elementos parásitos a su al rededor hace que varíe la impedancia en su punto de alimentación. Es por eso que cada vez que ajustamos una antena debe usar un dip meter para averiguar dónde resuena, un puente de ruido, para saber que impedancia tiene y por último un wattimetro o medidor de ROE para conocer las tensiones reflejadas. Hoy en día existen analizadores de antena que permiten realizar todas las mediciones con un mismo instrumento. Para el caso de las bajadas con cables coaxiles recordemos que deben cortarse las bajadas en los múltiplos pares de ½ longitud onda, sino la medición de las antenas abajo será incorrecta.

Antenas

8



DIPOLO COMÚN Fórmula para calcular un dipolo de media onda, para bandas de HF: Longitud =142,5/F(MHz.), el resultado en metros. Si se cuelga la antena en forma extendida la impedancia aproximada es de 75 ohm por lo que se deberá bajar con un coaxil de 75 ohm. Si se baja con un coaxil de 50 ohm la mínima ROE será siempre de 1.5.

DIPOLO MULTIBANDA En este dipolo multibanda se calcula la longitud de de los radiantes igual que el anterior,como si fueran dipolos individuales, alimentados con una sola bajada de cable coaxial de 75 Ohm. Idem anterior

ANTENA SLOOPER O DIPOLO INCLINADO Con esta configuración, para que rinda la antena optimamente, el cable de alimentación debe estar perpendicular con la parte radiante. Bajada cable 75 ohm, idem anterior.Esta antena es monobanda y direccional para donde fue inclinada.- El ángulo de inclinación debe ser de 45 grados.

Antenas

9



ANTENA HERTZ Antena multibanda para 10,20,40, y 80m.(No funciona bién en 15m). Está también la versión corta y las medidas de los radiantes son 14m. y 6,70m

DIPOLO G5RV Una antena sencilla y fácil de construir, con un rendimiento óptimo cuando está elevada del terreno más de 1/2 longitud de onda. Está la versión corta que tiene por rama 7,77m. y de escalerita 4,57m. Puede usarse para la alimentación, unicamente escalerita o amphenol de 300 ohmios sin intercalar el balun,pero es necesario el uso del acoplador de antenas.Muchos usan un coaxil de 50 ohm, pero no es lo correcto, la diferencia de impedancia no se adapta de la manera que normalmente la conectan.

DIPOLO WINDOM VERSION 1 Es una antena multibanda, esta configuración permite trabajar las bandas de 10, 15,20,40 y 80 metros. Si no se dispone de espacio suficiente para su instalación,hay una versión corta que trabaja hasta la banda de 40m. el tramo corto sería de 6,85m y el largo de 13,60m. Las medidas de los bigotes se mantendrían igual

Antenas

10



DIPOLO WINDOMCAROLINA Multibanda que trabaja todas las bandas incluidas las WARC, tiene un gran rendimiento, pero es necesario usar el acoplador de antenas.

ZEPELLIN Antena multibanda alimentada por un extremo con línea escalerita de 450 ohmios. Hay una versión corta y la longitud del radiante es de 20,40m.Hay que usar acoplador.

ZEPELLIN CON ALIMENTACION AL CENTRO Igual que la anterior pero alimentada en el centro. Las medidas de la escalerita cambian en la versión larga son de 23,60m. y la corta12,80m.

Antenas

11



DIPOLO PLEGADO Dipolo monobanda, excepto el que está cortado para la banda de 40m. que también resuena en 15m. La mayor ventaja de esta antena es que posee una gran anchura de banda,su rendimiento también es magnífico. Se calcula su longitud como cualquier dipolo de media onda. En su construcción no es necesario cortar los cables, puede hacerse con un único cable que se dobla en los aisladores. Las medidas de los separadores varían según a la frecuencia que esté cortada la antena. Para 80m. es de 20cm., para 40m. es de 15cm., para 20m. es de 10cm.,y para 10m. es de 5cm. Esta antena se puede construir también íntegramente con amphenol de 300 ohm.

ANTENA TRIBANDA Esta es una antena tribanda de dipolos verticales. La parte central es metálica, se puede aprovechar de una vieja antena de BC por ejemplo, la parte superior que la cruza esta hecha de material aislante como puede ser cualquier plástico o nylon, tiene una longitud de 1m. En la base salen 6 radiales que actúan como plano de tierra, dos por banda de 5,2'5,y 3'75m. Es una antena que está polarizada verticalmente, de gran efectividad, y no se necesita un gran espacio para instalarla.

Antenas

12



Es como una antena receptora de UHF, ella consiste en en un dipolo alimentador (feeder) colocado sobre una estructura en donde se localiza un dipolo receptor, y otros directores. El Feeder tiene un tamaño levemente inferior a la mitad de la longitud de onda a captar, el receptor es 5% más grandes y los directores son sucesivamente 4% más pequeños que el feeder. Este tipo de antena mejora la resolución angular del dipolo. Es la más usada por aficionados.

Funcionamiento En virtud del principio de reciprocidad, se puede demostrar que las propiedades (impedancia, ganancia, etc.) de una antena cualquiera son las mismas tanto en emisión como en recepción. Como es más fácil de comprender el funcionamiento de una antena Yagi-Uda en transmisión que en recepción, comenzaremos por una antena en transmisión. Como ya se ha mencionado, una antena Yagi-Uda está formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado llamado también "radiador" de manera inapropiada, ya que en la antena Yagi-Uda todos los elementos irradian de manera comparable. Además de ese elemento, la antena tiene uno o varios elementos aislados llamados, injustamente, elementos parásitos. La corriente que circula en el elemento alimentado irradia un campo electromagnético, el cual induce corrientes en los "elementos parásitos" de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos irradian también campos electromagnéticos que a su vez inducen corrientes en los demás. Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interacción entre todos los elementos. El elemento alimentado. La fase de la corriente que circula en el elemento parásito dependerá de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este último. La amplitud también dependerá de lo mismo pero mucho menos y será, de todas maneras, de la misma magnitud que la corriente del elemento alimentado.

Antenas

13



Coloquemos el elemento parásito delante del elemento alimentado a una distancia de (donde es la longitud de onda) y ajustemos su longitud para que la corriente tenga un retardo de fase de . En ese caso, el cálculo muestra que la corriente en el elemento parásito es 1,19 veces la corriente en el elemento alimentado. El campo radiado hacia atrás será la suma del campo producido por el elemento alimentado más el campo producido por el elemento parásito. Pero éste último ha sido emitido con un retardo de 144° y como debe recorrer una distancia adicional de sufrirá un retardo adicional de 36°, lo que hace que, hacia atrás, los campos emitidos por los dos elementos estarán en oposición de fase. En cambio, hacia adelante, el campo emitido por el elemento parásito, ganará 36° (en lugar de perderlos) y su retardo de fase no será más que . La suma de los dos campos será máxima. En el caso particular de este ejemplo, la amplitud E del campo eléctrico de la onda electromagnética radiada hacia adelante en una dirección es donde es el campo producido por el elemento alimentado si estuviese solo. La ganancia es de 8,96 dBi. Este tipo de elemento parásito, situado delante el elemento alimentado y que refuerza el campo hacia adelante, se llama director. Los elementos situados detrás y que refuerzan el campo hacia adelante se llaman reflectores. Pero no hay que confundirlos con las superficies o rejas reflectoras utilizadas en otros tipos de antenas. Generalmente se ponen uno o dos reflectores y uno o varios directores. Se calculan las posiciones y las dimensiones de manera que las fases de las corrientes resultantes sean tales que la adición de los campos sea mínima hacia atrás y máxima hacia adelante. Eléctricamente, el costo de esta directividad es una disminución de la parte resistiva de la impedancia de la antena. Con una misma corriente de alimentación, el campo radiado es más débil. Se compensa este inconveniente remplazando el dipolo alimentado por un dipolo doblado. Para la antena en recepción, la fase y la amplitud de las corrientes inducidas en los elementos por el campo incidente y los demás elementos hace que la corriente inducida en el elemento alimentado (ahora conectado al receptor) sea máxima para los campos que vienen de delante y mínima para los campos que vienen de detrás.

Elementos de una antena Yagi: 1.- Elemento conductor 2.- Reflectores 3.- Directores 4.- Cable.

Antenas

14



APLICACIONES 

Antena direccional de FM YAGI-UDA

Sea para mejorar la recepción de emisoras locales y semilocales, atenuar interferencias o hacer DX, una antena direccional es lo que se precisa para recepción correcta de FM.



Antenas Yagi para teléfonos inalámbricos

Para locutorios y teléfonos fijos inalámbricos que están en lugares muy alejados y que tienen problemas de comunicación y evitamos que tengan ruidos, cortes y/o interferencias, teléfonos de todas las marcas, también los asesoramos en la instalación de las antenas, y mini repetidoras celulares para lugares muy escondidos

(Véase anexo: Construcción de antena Yagi)

Antenas

15



Una antena de espira es, como el nombre lo indica, una antena compuesta de al menos una espira de un conductor. Se la puede considerar como un dipolo cuyos brazos se repliegan hasta formar una espira circular. Todas las antenas de espira son fuertemente direccionales ; la dirección privilegiada está en el plano de la espira, mientras que la recepción es mínima en la dirección perpendicular al plano de la espira. La antena loop circular de una espíra tiene como principio de operación un embobinado primario y un secundario; es por eso que ésta antena también se conoce como antena magnética.

La antena de Magnética fue empleada ampliamente en sistemas militares, aunque se la conocía mas por el nombre de cuadro o loop. Generalmente está formada por una espira conductora, aunque podrían ser más, formando una circunferencia, cuadrado, hexágono u octógono, cuyas dimensiones físicas pueden variar desde 30 o 40 cm de diámetro, hasta varios metros, según la frecuencia y el

Antenas

16



rendimiento esperado. La inductancia de la espira habitualmente está sintonizada por un condensador variable. La antena se acopla a la línea de transmisión por medio de un eslabón o un acoplamiento capacitivo tal como se muestra en la figura. El eslabón de acoplamiento tiene un diámetro que será aproximadamente 1/5 a 1/6 del diámetro del loop para una correcta adaptación a una línea de 50 Ohms. Las principales ventajas de éste tipo de antena son: • No requiere una altura mínima de 0,15 de onda, como los dipolos de ½ onda. • No se requieren puntos donde sujetar l os extremos. • No requiere el espacio ocupado por los radiales. • Es más o menos portable y de fácil instalación. • Al ser de banda ancha, puede ser utilizada para más de una banda

Por todo lo anterior, resulta una antena ideal cuando hay restricciones de espacio o para operar en las salidas al campo o camping especialmente en las frecuencias más bajas de HF. Sus principales desventajas son: • El reducido ancho de banda operativo, que requiere la re sintonía del condensador cuando se

cambia de frecuencia. Para ello, generalmente se requiere un control remoto. • No se puede emplear en potencias altas, pues su altísimo "Q" hace que en bornes del condensador

aparezcan tensiones muy altas. • Debe cuidarse mucho su construcción desde el punto de vista eléctrico,

(uniones, soldaduras, etc)

o su rendimiento puede llegar a ser totalmente inaceptable. Al ser una antena de polarización vertical, la reflexión en tierra está en fase con la producida por la antena de forma que ambos campos se suman. Precisamente por esto la podemos instalar tan baja como queramos sin que se registren pérdidas considerables. En las antenas dipolo (en polarización horizontal) al estar en contrafase ambos campos se anulan, por eso requieren ser colocadas relativamente altas respecto al suelo. Teniendo en cuenta que el rendimiento de una antena viene determinado por la resistencia de radiación respecto a la resistencia de perdidas (conductores, dieléctricos, tierra, etc.) y que en la antena magnética dependen de la resistividad de su conductor y de su condensador de sintonía, es relativamente fácil conseguir en la banda de 40m. que con una antena de solo 3 m. de diámetro se obtenga un rendimiento similar al de un dipolo y que además puede instalarse a baja altura. Para conseguir minimizar las perdidas resistivas es necesario emplear un material que sea muy buen conductor, como el cobre, El aluminio ya se considera una solución de compromiso. El conductor deberá tener un diámetro mínimo de 25 o 30 mm. Las uniones, si las hay, tienen que ser eléctricamente perfectas, preferentemente soldadas (con plata, a ser posible) y las conexiones al condensador variable mediante cinta o tubo aplastado.

Antenas

17



Si la antena ha de emplearse solo en recepción, su realización no será tan exigente y podrá emplearse un condensador normal de bajo aislamiento, ya que una pérdida de 10 o 15 dB no será tan importante. La antena magnética o de cuadro forma un circuito resonante serie y como las perdidas resistivas tienen que reducirse al máximo para obtener un buen rendimiento, el "Q" resultante es extraordinariamente alto por lo que el ancho de banda es muy estrecho. Esto obliga a resintonizar el condensador al variar ligeramente la frecuencia. Debido a tan alto "Q" con tan solo 100 Watios, aparecen en bornes del condensador, tensiones del miles de voltios.

Antenas de espira corta Se distinguen dos tipos de antenas espira: aquellas en las cuales la circunferencia de la espira es del orden de la longitud de onda de recepción, y aquellas en las cuales la circunferencia de la espira es menor a un cuarto de la longitud de onda de recepción: se las llama antenas de espira corta. La mayoría de las antenas de espira utilizadas en recepción, son de aproximadamente un décimo de la longitud de onda. Las antenas de espira corta son llamadas también antenas magnéticas, porque son más sensibles a la componente de la onda electromagnética. La tensión en bornes de una antena de espira corta puede ser fuertemente aumentada, si se lleva la antena a su resonancia con la ayuda de un condensador variable. Como la antena de espira corta es pequeña con respecto a la longitud de onda, la corriente en la antena está prácticamente en fase. Por lo tanto, las ondas que atraviesan la antena perpendicularmente al plano de la espira se anularán las unas a las otras, mientras que aquellas que la atraviesan paralelamente al plano de la espira causarán una corriente máxima. Este comportamiento es opuesto al de las antenas de espira de dimensiones del orden de la longitud de onda.

Antenas de espira larga Las antenas de espira normales se comportan de manera similar al dipolo, exceptuando el hecho de que los extremos del dipolo se tocan. La geometría puede ser variable: un círculo, un triángulo (en cuyo caso se la llama antena Delta), un cuadrado e incluso un octógono. Las antena de espira de geometría circular tiene una ganancia mayor que las otras formas, ya que la ganancia de la antena es directamente proporcional al área delimitada. Sin embargo, las antenas circulares son difíciles de construir si el conductor no es rígido. Por esa razón, las antenas con geometría de cuadrados o triángulos son comunes. Dada su directividad, las antenas loop son inmunes al ruido. Su sensibilidad máxima se sitúa en el plano de la espira, mientras que la sensibilidad mínima se encuentra en el plano paralelo a la espira.

Antenas para ondas medias Las antenas de espira para ondas medias necesitan captar ondas de gran longitud de onda. Por esa razón, a veces es necesario utilizar varias espiras. La sintonía se hace con un condensador variable, y a veces se utilizan núcleos de ferrita para aumentar su apertura.

Antenas

18



APLICACIONES Las antenas de espira, al ser fuertemente direccionales, permite hacer goniometría y radiolocalización. Por triangulación, con dos o tres medidas de ángulos es posible localizar un transmisor.

(Véase anexo: Construcción de antena espira)

Antenas

19



La antena helicoidal más populares (a menudo llamadas una "hélice") es una antena de onda que se propaga en forma de un sacacorchos que produce la radiación a lo largo del eje de la hélice. Estas hélices se conocen como axial modo antenas helicoidales. Los beneficios de esta antena es que tiene un ancho de banda de ancho, es de fácil construcción, tiene una impedancia de entrada real, y puede producir polarizada circularmente campos. La base geometría se muestra en la siguiente figura.

Antenas

20



APLICACIONES Estas antenas son usadas normalmente en radios de comunicación portátiles en la banda VHF (30150 MHz), con el fin de reducir el tamaño del radiador a longitudes apropiadas. 

Antenas para walkie-talkies

Las antenas helicoidales son sumamente utilizadas en las radios portátiles de tipo walkie-talkie, como los PMR446. En efecto, el hecho de enrollar el monopolo en forma de hélice reduce sensiblemente el largo de la antena, reduciéndola a dimensiones razonables; así, una antena monopolo vertical que mediría 17 cm para la banda de radioaficionados de 70 cm, mide apenas cinco o seis en su forma helicoidal. La antena está enrollada en una vaina de caucho, lo que la hace flexible y evita que se rompa fácilmente.



Antenas para recepción satelital

Otras antenas helicoidales son utilizadas en UHF para recibir señales satelitales (1575.42Mhz). En efecto, la polarización de la antena helicoidal es circular, lo que es sumamente favorable para la recepción de satélites. Estas antenas se fabrican con las espiras separadas un poco menos que el diámetro mismo de la hélice.



Antenas Halo

Caso límite de una antena helicoidal, se usan sobre todo en VHF. Son omnidireccionales y tienen buena ganancia.

Antenas

21



[ANEXOS] CONSTRUCCIÓN DE ANTENAS LINEALES

Antenas

22



Esta es una breve guía de cómo realizar una antena dipolo casera, para poder asi comprender mejor su funcionamiento.

MATERIALES 4 cms. Teflón de 12 mm de diámetro 60 cms. Coaxial LMR400 o RG213 30 cms. Cañeria de cobre de 3/8í pulgadas (Ferreterias) 8 cms. Barra de bronce (Maquimetal) 10 cms. Cable elactrico de 2,5mm

HERRAMIENTAS IMPORTANTES Pia de metro. Calculadora científica Cautin de 80 Watt Marco de sierra Hoja de sierra de dientes gruesos Broca de 2 mm de diámetro

EL BALUN

La base del proyecto es la buena adaptación de impedancia y esta tarea la hace el Balon, que se hace con cañeria de cobre de 3/8 pulgadas

Antenas

23



ALGUNOS CÁLCULOS BÁSICOS PARA COMENZAR. Estos calculos elementales nos acompañaran en la construcción del proyecto. No deje de considerarlos.

La imagen de abajo muestra una secuencia de la antena, al centro de esta imagen que es el corte de la antena se puede apreciar en el interior la linea axial.

Antenas

24



PIEZAS PARA TORNEAR Quien haga este trabajo debe tener el detalle de que se encuentra en la siguiente imagen. Las piezas a tornear se fabrican en Bronce y el elemento radiante que se muestra en la imagen esta hecho con cable para instalaciones elactricas de 2,5 milimetros de sección. En la otra imagen se aprecian las dimensiones de los aisladores de Teflón.

Una vez que se tengan listas las piezas del Balun comenzar a ensamblar y terminar la antena, para ello comience por marcar las perforaciones de 2 milímetros en uno de los extremos de la cañería de cobre. Después de hacer las perforaciones se debe trazar una línea a lo largo de la cañería cuya longitud es de 32,5 milímetros, tal como muestra la imagen del centro, continúe haciendo el corte de la ranura con un marco de sierra. Esta ranura debe ser de 1,5 de ancho, retire las rebabas limpie el interior del tubo que en todo momento deberá estar libre de viruta metálica y grasa. También tenga siempre presente la imagen del Balun.

Antenas

25



Despues de terminar el trabajo de la cañeria proceda a preparar el cable coaxial descubriendo la malla unos 15 cm. Posteriormente vuelva la malla hacia atrás por sobre la cubierta del cable coaxial (puede verse en las imágenes como queda la malla). Enseguida con un cuchillo saque la cubierta aislante teniendo la precaución de hacerle corte a 2 milímetros desde la doblez de la malla.

Acto seguido, con mucho cuidado, debe estañar los puntos de conexión. Haga esto con soldadura para conexiones electrónicas. Tenga cuidado con el aislante del coaxial. Despuas, introduzca el coaxial a travas del tubo de cobre como muestra la imagen.

Antenas

26



Luego comience por soldar la pieza axial del Balon. Enseguida limpie bien el flux (el fundente que trae la soldadura) y saque los excedentes de soldadura que hallan quedado. A continuación, instale los dos aisladores de teflón. Atención. Por ningún motivo utilice pasta de soldar como fundente en este proceso.

Una vez que este centrada y en su lugar la línea axial del Balun, debe soldar el elemento excitado del dipolo. Una vez más tenga cuidado al realizar estas soldaduras. Mientras más prolijo sea el trabajo y cuidadosas las terminaciones más posibilidades tendrá de obtener buenos resultados.

Antenas

27



En estas imagenes están destacadas las dimensiones fisicas del dipolo para la frecuencia de trabajo (Canal 6 - 2.436 GHz.)

Antenas

28



Materiales 1 metro de Alambre de Cobre de 2mm 1 Liston de Madera de 2.5 x 2.5 cm de 55 cm de largo (no es de mucha Importancia el alto y el ancho, pero debe ser Firme) 60 cm de Caño Plastico y sus Tapas ciegas 1 pedazo de Tergopol 2 Precintos Plasticos Cable RG-58 Unifilar (Se consigue como Cable de Celular de Baja Perdida) Herramientas Pistola de Silicona Calibre Alicate Soldador y estaño Estos son los calculos de ganancia y propagacion de la antena que vamos a contruir

Paso a Paso Empezamos por cortar el alambre de cobre con las medidas lo más precisas posibles. Son muy críticas las medidas. Y marcaremos el medio de cada elemento con una fibra. y las diferenciamos de alguna forma para que no se mezclen. Ya que tienen diferentes medidas.

Dejando 5cm, marcamos el listón y le hacemos las ranuras para los elementos, lo más exacto posibe. y marcamos el medio del listón.

Antenas

29



Empezamos a colocar los elementos en su posición correcta y haciendo coincidir el medio de cada elemento con el del listón. Empezaremos a colocar desde el ultimo, dejando los 3 primeros para después.

Todos los elementos Colocados.

Antenas

30



Se puede ver que dejamos los 3 primeros para lo último, ya que entre estos tres se define el buen funcionamiento de nuestra antena. Con la pistola de silicona pegaremos todos los elementos al listón, con mucho cuidado de que no se muevan.

Colocamos el primer y el segundo elemento y lo pegamos con la pistola. Se puede ver que el segundo (el dipolo) está cortado en dos partes exactamente iguales y la suma de los dos tiene que dar el largo del 2do elemento. Pelamos el cable y lo soldamos a las dos partes del 2do elemento. Evitando dejar ningún pelito suelto y tratando de hacer una buena soldadura.

Una vez soldado el cable, ponemos el segundo elemento, evitando que las dos partes se toquen, de lo contrario nuestra antena no funcionaría o podríamos quemar nuestra placa de red. Una vez firme el segundo elemento le ponemos precintos al cable, para evitar tirones.

Antenas

31



IMPORTANTE:La posicion de la Antena va a depender del Otro Punto, si tenemos una Omnidireccional, nuestra antena tiene que estar con los elementos verticales, no como esta en la foto.

El tergopol es lo que mantendra centrada a la antena dentro del caño plastico. Antes de meterla en el caño y despues de soldarle la ficha correspondiente a la otra punta del cable, es conveniente hacer unas pruebas. Para la fijacion usaremos una abrazadera para caños fijada en la tapa trasera del caño plastico.

Antenas

32



Veremos aquí la construcción de la antena loop diseñada, usando un cable de los que se usan para telefonía. Este tipo de cable telefónico vienen con 8 cables internos identificados con colores.

La antena consiste en un aro de aproximadamente 1/2 metro de diámetro, el que se realizó con alambre rígido. Posteriormente se montó el cable sobre este aro, siguiendo la misma forma de círculo, y se sujetaron los cables internos con cinta aisladora. Luego se pelaron los extremos de cada uno de los cables internos del cable telefónico. Se debe tener en cuenta que lo que se intenta hacer es una gran bobina, con bobinado primario y secundario. Primero elegimos el color del cable para el secundario, el marrón. Seguidamente se empezó por la punta izquierda y se elegió un color para el primario, el blanco; luego se tomó al extremo blanco en la punta derecha y se unió con otro color de la punta izquierda, y así se fueron conectando los cables consecutivamente (bien soldados) hasta terminar con todos los colores. Nos quedaron dos puntas de este primario, formando una bobina continua hecha de 7 cables diferentes, en este ejemplo la punta izquierda será de color BLANCO y la derecha con el último color que nos quedo, el amarillo. Ese será todo el bobinado primario, que va conectado a un condensador variable de 365 ó 410 pF (dial de radios viejas). Los dos extremos del cable marrones (bobinado secundario) irán directamente al receptor. Se tuvo en cuenta que la longitud del cable comprado se calculo en base al perímetro de la circunferencia del aro, entonces: Perimétro = 3,14 x 53 cms. = 1,66 metros de cable. Antenas

33



Estos son los materiales y las herramientas que hemos utilizado para crear la Antena Helicoidal

Con la ayuda de una sierra para cortar metales, cortamos el tubo de PVC a 55 cm de largo. Recortamos la plantilla de la espiral (que previamente hemos imprimido) con unas tijeras. Pegamos la plantilla ya recortada en el tubo de PVC. Lo importante es que la espiral (lineas diagonales) formen una linea continua. Las lineas verticales no importan si quedan algo descuadradas.

Antenas

34



Para obtener este resultado hacen falta pegar 3 plantillas a lo largo del tubo de PVC.

Marcamos el recorrido de la espiral con la ayuda del soldador. Al fundirse el plastico, marca un pequeño "surco" que posteriormente utilizaremos para pegar el hilo de cobre.

Antenas

35



En la foto vemos el mencionado "surco". Se aprecia perfectamente la fundición de plastico de PVC.

El hilo de cobre que vemos en la imagen es el que utilizaremos para recorrer el "surco".

El hilo de cobre tiene que pasar justo por encima del "surco". El hilo utilizado tiene un diametro de 1 mm (pude ser de una medida superior, pero en ningun caso inferior) Con la ayuda de pegamento instantaneo pegamos el hilo de cobre para que se fije fuertemente al tubo de PVC. Hacemos un agujero en la tapa de PVC. Esta tapa nos servira para aguantar la antena(tubo PVC) en el soporte de la base.

Antenas

36



Cortamos un tercio de la tapa de PVC que utilizare para tapar el tubo por la parte de abajo. La tapa solo hay que cortar hasta la base.

Introducimos un tornillo bastante largo y una arandela en el agujero que hemos hecho con el soldador previamente..

Antenas

37



Hacemos los agujeros en la chapa circular(caja galletas danesas) con un taladro. El agujero del centro de la fotografia es para poner la tapa que hemos visto en la fotografia anterior. Los 4 agujeros que se ven en la parte superior son los necesarios para el Conector N hembra.

Ya tenemos unidos la tapa de PVC (color negro) con el reflector(chapa galletas). En la parte inferior vemos el "Pincho dorado" de Conector N Hembra que posteriormente soldaremos con el Hilo de Cobre de la antena "casera".

Fotografia anterior vista desde otro angulo. Esta Tapa que vemos es el soporte de la Antena. El conector que vemos, es el Conector N Hembra al que haciamos referencia en fotografias anteriores.

Antenas

38



Con un cutex "rascamos" el final del Hilo de Cobre para quitar la capa de protección y asi conseguir una soldadura perfecta.

Aqui tenemos unido el tubo de PVC con la base, para ello hemos utilizado un pegamento especial para tuberias de PVC. A continuación hemos efectuado la soldadura con estaño y cobre.

Antenas

39

APLICACIONES ANTENAS LINEALES

Recommend Documents