Campos cercanos y lejanos El término campo cercano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general, es la más importante de las dos; por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El campo cercano se define como el 2D 2 área dentro de una distancia d = de la antena, en donde λ es la longitud λ de onda y D el diámetro de la antena en las mismas unidades. Ganancia Es la relación entre la Densidad de Potencia radiada en la dirección del máximo a una distancia r y la Potencia total entregada a la antena dividida por el área de una esfera de radio r. Polarización Se define polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º ). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena). Eficiencia La eficiencia de antena es la relación de la potencia radiada por una antena a la suma de la potencia radiada y la potencia disipada o la relación de la potencia radiada y la potencia disipada o la relación de la potencia radiada por la antena con la potencia total de entrada. ROE Es la relación entre el valor máximo y el valor mínimo de la intensidad de campo eléctrico de una onda estacionaria
4.4- Se llama balun a un dispositivo adaptador de impedancias que convierte líneas de transmisión simétricas en asimétricas. El balun, además de su
función de simetrización de la corriente, también puede tener un efecto de adaptación de impedancias. La relación de impedancias se denota así: n:m.
Dentro de las antenas mas populares que se usan en WIFI, para fines experimentales, podemos mencionar la Biquad, el Dipolo, La Corner Reflector y muchas otras que utilizan un dispositivo que ayuda a minimizar las pérdidas, entre otras funciones, llamado Balun. La palabra BALUN proviene de dos palabras inglesas: Balanced – Unbalanced. Y significan que, cuando la corriente eléctrica que circula por un dispositivo es simétrica con respecto a la tierra común, se dice que el dispositivo es balanceado o simétrico y cuando no ocurre se denomina desbalanceado o asimétrico. Por ejemplo una antena dipolo y una línea de alimentación de tipo abierta son dispositivos balanceados y un cable coaxial es desbalanceado. Pero, ¿qué ocurre cuando conectamos un cable coaxial (desbalanceado) a un dipolo ( balanceado )?. La corriente eléctrica de alta frecuencia tiende a circular por la superficie de los conductores y este fenómeno se le llama “efecto pelicular” o “efecto Kelvin”, siendo perjudicial especialmente en las líneas de transmisión. Un cable coaxial está construido con un conductor central, un material separador y un conductor exterior. Si conectamos este cable a una antena dipolo y le aplicamos energía de RF, circulará corriente eléctrica por el conductor central hacia uno de los lados del dipolo y por el conductor exterior (malla ) hacia el otro lado para que sea radiada por ésta. Como consecuencia del efecto pelicular, en el conductor exterior del coaxial circulará corriente por el interior de este conductor y por el exterior del mismo, pero al ser de direcciones opuestas y de igual magnitud se cancelarán y el cable no radiará energía. Como parte de la energía radiada por la antena se devuelve generando una corriente por la parte exterior del conductor externo, el cable coaxial tenderá a radiar energía de RF comportándose como si la antena dipolo tuviera otro elemento radiante. La magnitud de esta radiación dependerá de la impedancia del conductor externo con respecto a tierra. Por no ser parte de la radiación de la antena, producirá una deformación de sus diagramas de radiación, entre otros efectos perniciosos. La forma mas frecuente de minimizar o eliminar ese efecto es el uso de un Balun cuya función será la de aumentar la impedancia del conductor exterior de forma que la corriente de RF disminuya y por tanto la radiación baje o se elimine por completo. Como efecto colateral algunos Balunes son construidos de forma tal que se comporten también como adaptadores de impedancia, haciéndolos cumplir una función adicional.
4.5 Bocina (Horn) [19] Las antenas horn o bocinas son antenas que se usan de forma generalizada a frecuencias de microondas. Básicamente, las bocinas son una transición entre una guía de onda y el espacio libre. Comúnmente usada como alimentador de antenas parabólicas. La forma en que las bocinas se van abriendo responde a la necesidad de adaptar la impedancia de la guía de onda con la impedancia de espacio libre, que como ya vimos, corresponde a 377 [Ohm]. Se caracterizan por su alta ganancia, bajo VSWR, relativamente alto ancho de banda, bajo peso y su facilidad de construcción y diseño. La apertura de las bocinas suele ser rectangular, circular o elíptica. El modo de alimentación de las bocinas es a través de una guía de ondas que tiene la misma forma de la apertura. Para bocinas de forma rectangular, que son las más usadas, llamaremos plano E al plano vertical y plano H al plano horizontal. De acuerdo a esto, bocinas con un plano horizontal ancho en relación al plano vertical se denominan bocinas de plano H y las de plano
vertical ancho en relación al plano horizontal se denominan bocinas de plano E. Las bocinas con ancho y alto similar se denominan bocinas piramidales. Las bocinas de plano H, tienen un campo constante verticalmente y variable horizontalmente, las de plano E tienen campo horizontal constante y vertical variable. En tanto las de forma piramidal tienen un campo variable en ambos planos.
Figura 8.7: Antenas tipo bocina rectangular
El cálculo de las ganancias de una antena horn (o bocina) es bastante simple. Basta saber las medidas de construcción de esta y su frecuencia de operación. Para una antena piramidal, como lo muestra la figura 8.8:
Figura 8.8: Medidas de una antena horn piramidal
Donde Le y Lh corresponden a las medidas de los lados de los triángulos que se forman en la apertura de la bocina. Luego, se tienen las siguientes relaciones:
Y la medida de ganancia, con un buen grado de aproximación, queda definida por:
A modo de comparación, las ganancias de las antenas recientemente estudiadas se muestran en la figura 8.9:
Figura 8.9: Comparación de ganancias para distintas antenas
En lo que sigue, se dará un capítulo especial a las antenas microstrip, las cuales son fuertemente estudiadas hoy en día, tanto por su versatilidad, bajo precio y buenas aplicaciones en dispositivos móviles, tales como teléfonos celulares, GPS, etc 4.6?? Diferencia entre ajuste y adaptación Lo primero que debemos lograr es que, tanto el transmisor, la línea de transmisión y la antena tengan la misma impedancia de forma que no hayan pérdidas por desadaptación de impedancias. De estos tres elementos, la antena que fabricamos en forma artesanal es la que normalmente presenta distintas impedancias, según el tipo, y es en está donde podemos hacer “algo” ya que tanto el transmisor y la línea de transmisión tienen definida su impedancia por diseño.
Estas pérdidas por desadaptación son debidas a que la impedancia de la guía de onda es distinta a la impedancia de entrada de la antena, que es la impedancia presentada por la antena en sus terminales, o la relación entre el voltaje y corriente en sus terminales o la relación adecuada entre el campo eléctrico y el magnético. Esta medida de adaptación a la entrada define la anchura de banda en adaptación de la antena, que es el rango de frecuencias en las que la potencia reflejada hacia la línea es muy pequeña, por lo que a la antena le entra la máxima cantidad de potencia. Es importante la distinción entre anchura de banda en adaptación y achura de banda en radiación, ya que si consideramos un circuito de dos puertas, una mirando hacia la guía de onda y la otra hacia el medio Hertzino, peude adaptarse cada puerta del cuadripolo a un rango de frecuencias diferente.
4.8- Aumenta la directividad de la antena
