INSTITUTO TECNOLOGICO DE CELAYA INGENIERÍA ELECTRONICA
INTRODUCCION A LAS TELECOMUNICACIONES
BANDA PATIÑO ORLANDO LUCIANO
CELAYA, GTO. 21 DE MARZO DE 2012
ITC- Introducción a las telecomunicaciones
Tipos de Antenas
ANTENAS INTRODUCCION
FUNCIONAMIENTO BASICO DE UNA ANTENA
Una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y capturar ondas electromagnéticas. Las antenas son para conectar las líneas de transmisión con el espacio libre, el espacio libre a líneas de transmisión, o ambas cosas. En el extremo transmisor de un sistema de radiocomunicaciones con el espacio libre, una antena convierte la energía eléctrica que viaja por una línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se emiten al espacio. En el extremo receptor, una antena convierte las ondas electromagnéticas en el espacio en energía eléctrica en una línea de transmisión. Una guía de onda es un tipo especial de línea de transmisión formado por un tubo metálico conductor, a través del cual se propaga energía electromagnética. Esta se usa para conectar eficientemente ondas electromagnéticas entre una antena y un transceptor.
El funcionamiento se puede describir con referencia en las ilustraciones de ondas estacionarias en una línea de transmisión (figura 1.a). La línea de transmisión termina en un circuito abierto, que representa una discontinuidad abrupta para la onda incidente de voltaje y tiene la forma de una inversión de fase. La inversión de fase hace que irradie algo de voltaje incidente, sin reflejarse hacia la fuente. La energía irradiada se propaga alejándose de la antena, en forma de ondas electromagnéticas transversales. La eficiencia de irradiación de una línea de transmisión abierta es extremadamente baja. Es la relación de la energía irradiada entre la energía reflejada. Para irradiar más energía tan solo se apartan entre si los conductores. A la antena obtenida se le llama dipolo (que quiere decir dos polos) y se ve en la figura 1.b.
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Tipos de Antenas
Figura 1 Radiación de una línea de transmisión: a)radiación de línea de transmisión; b) conductores divergentes; c) antena de Marconi; d) antena de Hertz
En la figura 1.c los conductores se apartan en una línea recta a la distancia de un cuarto de onda. Esa antena se llama antena de cuarto de onda o monopolo vertical (a veces se le llama antena de Marconi). Un dipolo de media onda se llama antena de Hertz y se ve en la figura 1.d.
dirección de -180°. Normalmente, los lóbulos menores representan radiación o recepción no deseada. El lóbulo mayor se propaga y recibe la mayor cantidad de energía.
SISTEMA DE COORDENANDAS DE LA ANTENA Las características direccionales de una onda electromagnética, irradiada o recibida por una antena, se describen mejor en términos de sus coordenada esféricas como se ve en la figura 2, donde la antena es el centro de la esfera. El plano xy se llama plano ecuatorial y cualquier plano en ángulo recto con él se denomina plano meridiano.
Figura 3 Grafica de radiación absoluta
Una antena omnidireccional o isotrópica, irradia energía en todas direcciones por igual y no cuenta con lóbulos frontales, traseros o laterales, porque la radicación es igual en todas direcciones (figura 4). Este tipo de antena irradia toda la potencia que se le suministra.
Figura 2 Coordenadas esféricas
DIAGRAMA DE RADIACION Un diagrama de radiación es una gráfica polar que representa intensidades de campo o densidades de potencia en diversas posiciones angulares en relación con una antena. En la figura 3, el haz primario está en la dirección de 90°, y se llama lóbulo mayor o principal. Puede haber más de un lóbulo mayor. También hay un haz secundario o lóbulo menor en
Figura 4 Grafica de antena omnidireccional
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POLARIZACION ANTENA
DE
UNA
Tipos de Antenas antena puede estar polarizada linealmente suponiendo que sus elementos están en un plano horizontal o vertical, elípticamente o circularmente (figura 5).
La polarización de una antena no es más que la orientación del campo eléctrico que se irradia de ella. Una
Figura 5 Polarizaciones de antena: a) lineal; b) elíptica; c) circular
ANCHO ANTENA
DE
BANDA
DE
(diferencia entre las frecuencias máxima y mínima de operación), pero a veces indica variaciones en la impedancia de entrada de la antena. El ancho de banda se expresa normalmente como un porcentaje de la frecuencia optima de operación de esa antena.
El ancho de banda de una antena es el intervalo de frecuencias dentro del cual el funcionamiento de la antena es satisfactorio. Se encuentra normalmente entre las frecuencias de media potencia
TIPOS DE ANTENAS DOBLETE ELEMENTAL
Eléctricamente corto quiere decir que es corto en comparación con media longitud de onda, pero no necesariamente onda de corriente uniforme; en general cualquier dipolo menor que un décimo de longitud de onda se considera eléctricamente corto. En realidad no se puede obtener un doblete elemental. Un doblete elemental tiene corriente senoidal uniforme en toda su longitud:
Es un dipolo eléctricamente corto al que también se le llama dipolo corto, dipolo elemental o dipolo hertziano (figura 6).
() ( ) Donde I es la amplitud máxima de la corriente de radiofrecuencia. El campo lejano de radiación para esta antena es:
Figura 6 Doblete elemental
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Tipos de Antenas si fuera un tramo de línea de transmisión de cuarto de onda. Por lo mismo hay un máximo de voltaje y un mínimo de corriente en los extremos, y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en la parte media.
Dónde: : Intensidad del campo eléctrico (v/m) I : Corriente del dipolo (amperes rms) l: longitud del dipolo (metros) R: Distancia al dipolo (metros) : Longitud de onda (metros) : Angulo que forma el eje de la antena con la dirección de radiación. Al graficar esta ecuación se obtiene la intensidad relativa del campo eléctrico (figura 7).
Figura 8 Distribuciones idealizadas de voltaje y corriente en un dipolo de media onda
La figura 9 muestra la pauta de radiación de un dipolo de media onda montado verticalmente. Dos lóbulos irradian en direcciones opuestas, en ángulo recto con la antena. Estos lóbulos no son circulares puesto que la corriente no es constante en toda la longitud de la antena, cosa que sería inalcanzable en una antena práctica. Figura 7 Grafica de radiación relativa para una doblete elemental
DIPOLO DE MEDIA ONDA (ANTENA DE HERTZ) Figura 9 Corte transversal de un dipolo vertical
El dipolo de media onda es una clase de antena entre las más usadas para frecuencias mayores a 2 MHz. A frecuencias menores que 2 MHz, la longitud física de una antena de media onda la hace prohibitiva. Una antena de Hertz es una antena resonante. Esto es, tiene un múltiplo de cuartos de longitud de onda de largo, y tiene circuito abierto en los extremos lejanos. La figura 8 muestra las distribuciones idealizadas de corriente y voltaje a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como
La aplicación de este tipo de antena es en las bandas MF, HF, VHF y UHF es decir de 300KHz a 3GHz.
MONOPOLO VERTICAL El monopolo vertical o antena vertical (figura 10) es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical. El uso en VHF (30 MHz a 300 MHz) es principalmente para las aplicaciones de 4
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Tipos de Antenas
radio móvil en vehículos. En ellas, el cuerpo metálico del vehículo sirve de plano de masa.
Figura 11 Antena Yagi Figura 10 Monopolo vertical
ANTENAS (FLAT PANEL)
ANTENA ESPIRA
PANEL
PLANO
Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación (Fig. 11) se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.
Es 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. 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.
ANTENAS YAGI Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel. Por razones de dimensiones de las antenas, las redes de antenas Yagi se utilizan mucho en VHF y UHF (30MHz a 3GHz).
Figura 11 Patrón de elevación de antena flat panel
ANTENAS PARABÓLICAS Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy 5
ITC- Introducción a las telecomunicaciones alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 12, la antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia. Las parabólicas se utilizan extensamente en sistemas de comunicaciones en las bandas de UHF a partir de unos 800 MHz y en las de SHF
Tipos de Antenas (3 GHz-30 GHz) 300GHz).
y EHF (30 GHz-
Figura 12 Patrón de elevación e antena parabólica
BIBLIOGRAFIA:
“Sistemas de comunicaciones electrónicas”,
Wayne Tomasí, 4 Ed, Prentice
Hall. http://es.wikipedia.org/wiki/Antena http://www.wni.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=62:ant enassoporte&catid=31:general&Itemid=79
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