Vallejos
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Vallejos
MARCOS
ALUMNOS:
Apaestegui Centurion, Fabrizio
Huarancca Tapia, Yuli
García Baca, Gerard Moisés.
Gutiérrez Martínez, Willy
PROFESOR:
Vallejos Laos, Jaime Alberto
2019 - II
INDICE
INTRODUCCION…………………………………………………………………… 3
MARCO TEORICO………………………………………………………………… 4
1 Antenas.………………..………………………………………………….…… 4
2 Parámetros de una antena ………………………………………….….…… 5
3 Tipos de antenas…………………………………………………………..… 16
DESARROLLO…………………………………………………………………….. 22
APLICACIONES…………………………………………………………….…..… 29
CONCLUSIONES………………………………………………………...………… 35
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA………………………………………..……… 37
2
INTRODUCCIÓN
3
MARCO TEORICO
1. ANTENAS
𝑚
𝑐 = 𝜆𝑓 = 3 ∗ 108 ( )
𝑠
Para la frecuencia de operación de 2.4 GHz, la longitud de la onda en el espacio
libre es de 12,5 cm.
Esta velocidad de propagación disminuye cuando la onda atraviesa un medio
distinto y debe corregirse por un factor γ:
𝑣𝑝 = 𝛾𝑐
4
Para:
𝛾 ≤1
2.1 Directividad
5
La directividad se puede obtener en general a partir del diagrama de radiación de la
antena.
Ganancia
La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia
radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a
igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.
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La representación polar se hace mediante el trazado de segmentos proporcionales a una
magnitud de referencia (módulo) y un ángulo que nos da la dirección respecto a una
semirrecta de referencia (argumento). Los resultados obtenidos son generalmente
normalizados. El valor máximo de la señal recibida para 0 dB de referencia, facilita la
interpretación de los lóbulos secundarios en relación al frente de los bordes.
Figura 1 - 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 -3dB.
7
2.3 Ancho del Haz
El ancho del haz de una antena se entiende como ancho del haz a mitad de potencia.
Se encuentra en el pico de intensidad de radiación, luego se localizan los puntos de
ambos lados del pico que representan la mitad de la potencia de intensidad del pico.
La distancia angular entre los puntos de mitad de potencia se define como el ancho del
haz. La mitad de la potencia expresada en decibeles es de -3dB, por lo tanto algunas
veces el ancho del haz a mitad de potencia es referido como el ancho del haz a 3dB.
Generalmente se consideran tanto el ancho de haz vertical como horizontal. Suponiendo
que la mayoría de la potencia radiada no se disperse en lóbulos laterales, entonces la
ganancia directiva es inversamente proporcional al ancho del haz: cuando el ancho del
haz decrece, la ganancia directiva se incrementa.
En la figura 5 tenemos la distribución de ángulos entre 0º y 360º y en el eje vertical la
distribución de las potencias desde 0 dB (círculo exterior) a -30 dB (centro).
Para –3dB el ancho del haz es (360º - 330º + 30º) = 60º. Indica que el ancho del haz a
mitad de potencia es de 60º.
Lóbulos laterales
Ninguna antena es capaz de radiar toda la energía en una dirección preferida.
Inevitablemente una parte de ella es radiada en otras direcciones. Esos picos más
pequeños son denominados lóbulos laterales, especificados comúnmente en dB por
debajo del lóbulo principal.
Nulos
En los diagramas de radiación de una antena, una zona nula es aquella en la cual la
potencia efectivamente radiada está en un mínimo. Un nulo a menudo tiene un ángulo de
directividad estrecho en comparación al haz principal. Los nulos son útiles para varios
propósitos tales como la supresión de señales interferentes en una dirección dada.
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componente reactiva resulta despreciable, por tanto la impedancia de entrada es igual a
la suma de la resistencia de radiación más la resistencia de pérdida.
Resistencia de radiación
La resistencia de radiación es un valor asignado a una resistencia ficticia cuyo valor es el
que tendría una resistencia que disipara la misma potencia eléctrica entregada por la
antena con la misma potencia radiada por la antena. En la práctica no toda la potencia
entregada por la antena es radiada totalmente al espacio que la rodea. Una parte se
disipa bajo la forma de calor a causa de las pérdidas resistivas provocada por los
conductores, aisladores de soporte, la torre y los cables de anclaje.
Las pérdidas óhmicas están determinadas por la frecuencia de trabajo. En bajas
frecuencias, estas pérdidas son pequeñas comparadas con la resistencia de radiación y la
antena es un radiador muy eficiente. En altas frecuencias, donde la antena es
relativamente corta en relación a su longitud, el suelo es un componente esencial que
forma parte del sistema irradiante. La altura de la antena respecto al suelo conductor es
un factor importante que afecta la resistencia de radiación. Algunas ondas son reflejadas
por el suelo, y al regresar a la antena, inducen corriente cuya magnitud y fase dependen
de la distancia entre la antena y el suelo.
9
2.6 Polarización
Figura 2 - Disposición de los planos vertical y horizontal donde se sitúan los campos
E y H respecto al eje longitudinal del di polo para una polarización vertical.
10
2.7 Campos de inducción y campos de radiación
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2.8 Longitud eléctrica y longitud física
En el espacio libre, la longitud física de una antena dipolo de media onda puede
expresarse como
12
L = longitud física del dipolo de media onda [metros]
f = frecuencia en [MHz]
k = factor de velocidad [velocidad de la onda en la antena/velocidad de la onda en el
espacio libre]
Para frecuencias inferiores a los 30 MHz, el factor k para fines prácticos es de 0.95
(aproximadamente un 5% más corta que en el espacio libre). Para frecuencias superiores,
hay que tener en cuenta el diámetro del conductor de la antena.
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Si tenemos un conductor de 5 mm de diámetro y una longitud de onda en el espacio libre
de 125 mm para una frecuencia de 2.4 GHz, la relación es de 12.5, lo que nos da un
coeficiente de acortamiento de aproximadamente 0.92 que verifica el acortamiento 14 de
la antena respecto a la longitud de la onda en el espacio libre para la frecuencia de
operación.
Ancho de Banda
d = distancia [metros].
D t = Ganancia de la antena transmisora respecto a una antena isotrópica.
P t = Potencia radiada de la antena transmisora [Watts].
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Para una potencia de 500 mW y una distancia de 10 metros tenemos 0,49 V/m y para
100 metros 0,049 V/m.
El campo recibido también se puede expresar en términos de la densidad de potencia, lo
cual es muy común, sobre todo a frecuencias arriba de 300 MHz (λ< 1 metro). La
conversión se puede efectuar mediante:
p = E2 / 120π
E = Intensidad de Campo [V/ m].
p = Potencia de Campo. [W/ m2].
120 π es la impedancia intrínseca del espacio libre de valor aprox. = 377 Ohms.
Representa la oposición al flujo de energía electromagnética en el espacio libre
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3 Tipos de antenas
Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas
libres son:
Antenas Dipolo
Antenas Dipolo multi-elemento
Antenas Yagi
Antenas Panel Plano (Flat Panel)
Antenas parabólicas (plato parabólico)
Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características
generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar
al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la
direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia
debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos
en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes
ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares. Tal como
se puede ver en el patrón de elevación de la fig. 2, múltiples antenas de dipolo son
muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía
16
igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar
igualmente bien en configuración horizontal.
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Antena Yagi
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 y en el patrón de azimuth 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.
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Patrón de Elevación Flat Panel
Patrón de Elevación Flat Panel de Alta Ganancia
Patron de Azimuth Flat Panel. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta Ganancia
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3.5 Antenas Parabólicas:
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ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían sus patrones
de radiación y su simplicidad al de los dipolos. Su más atractiva característica es
la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo
costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.
Estas antenas pueden ser hechas para emular cualquiera de los diferentes tipos
de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que
deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en
circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no
poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están
hechas para rangos de frecuencia muy específicos. En muchos casos, esta
limitación de frecuencia de operación puede ser benéfica para el desempeño del
radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas
para equipos de comunicación de banda amplia.
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DESARROLLO
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Señal modulada en Frecuencia
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transmisión deseada. La longitud de onda de la frecuencia de transmisión
deseada, se determina:
λ = c * ƒ –1
Dónde:
El factor de corrección para la antena dada varía entre 0,90 a 0,95, dependiendo
del diámetro del radiante. El ajuste fino de la antena requiere el uso de un medidor
de la relación de ondas estacionarias (SWR, Standing Wave Ratio). Las ondas
estacionarias representan la relación entre la potencia que alimenta a la antena y
la que es reflejada por la antena hacia el transmisor, una antena bien sintonizada
debe reflejar muy poca potencia hacia atrás, por lo general suelen utilizar antenas
omnidireccionales.
Los tipos de antenas más comunes que conforman el sistema irradiante de una
estación de transmisión son los siguientes:
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ANTENA MONOPOLO VERTICAL CON PLANO A TIERRA.
25
ANTENA DIPOLO VERTICAL
26
ANTENA DIPOLO CIRCULAR
27
ANTENA DE DOS DIPOLOS CRUZADOS EN "V"
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Características de una antena Yagi
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APLICACIONES
ANTENAS DE TRANSMISIÓN DE RADIO DIFUSIÓN FM
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impedancia del sistema aumenta. La antena vertical mínima debe tener un 1/4 de
onda eléctrico, lo que no significa que tenga la longitud física de una cuarta parte
de la longitud de la onda a transmitir. La longitud física de una antena autor
resonante para las bandas de onda más larga -y especialmente en la banda de
160 metros-, puede ocasionar problemas mecánicos para su sustentación de
modo que, en general, se la hace menor a la teórica de 1/4 de onda y aún
funciona bastante bien. Las antenas verticales cortas se «alargan» artificialmente
bien añadiéndoles una inductancia en la base o una capacidad en el extremo
superior.
El Dipolo en V Invertida
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invertida, que son una buena solución y que presenta incluso algunas ventajas
frente al dipolo horizontal. Esta antena se instala utilizando un solo mástil, que la
sustenta por su centro o suspendida de una driza. Con un ángulo de 90º entre las
ramas en el vértice, esta antena presenta un diagrama de radiación prácticamente
omnidireccional, ángulos de salida bajos y una impedancia próxima a los 50
ohmios, que la hace apta para ser alimentada con cable coaxial.
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de esa bobina depende de la posición que ocupe sobre el dipolo y de la longitud
total de éste, así que sería sólo casualidad acertar con todas las variables.
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Antenas Dipolos Multibanda
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ANTENAS PARA VHF Y UHF
Dada la menor longitud de onda de las señales de VHF y UHF, las dimensiones de
las antenas básicas (dipolo, vertical con plano de tierra, etc.) son
proporcionalmente menores y por ello mismo en esas bandas son posibles
formaciones de mayor ganancia, con múltiples elementos, que resultarían
inviables en las bandas decamétricas.
Una sencilla antena vertical de 1/4 de onda con plano de tierra artificial puede
proporcionar buenos resultados en un entorno urbano. Inclinando los radiales
hacia abajo se logra rebajar el ángulo de radiación y elevar la impedancia hasta
los 50 ohmios convenientes para alimentarla con cable coaxial. Combinando
varias antenas verticales con sus elementos «en línea» se obtiene la antena
denominada colineal, con la que se logran mayores prestaciones al concentrar la
energía en un menor ángulo vertical, de forma que no se desperdicia energía
hacia lo alto. Comercialmente se ofrecen antenas de este tipo que resultan
prácticas y convenientes de instalar, tanto en situaciones fijas como sobre un
vehículo. La comunicación en VHF o UHF a través de repetidores (analógicos o
digitales) se efectúa exclusivamente en FM y utilizando polarización vertical, por lo
que las antenas verticales omnidireccionales ofrecen una excelente solución para
repetidores relativamente cercanos.
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ANTENAS DIRECCIONALES PARA V-UHF
CONCLUSIONES
Las antenas no sólo son elementos metálicos sino que pueden estar formadas
exclusivamente por dieléctricos. Éste es el caso de las lentes donde la constante
dieléctrica y la geometría de la antena determinan la forma en que la antena radia
en el espacio. De la misma manera que un conductor impone unas condiciones de
contorno, los dieléctricos imponen otras, hecho que se aprovecha para enriquecer
el abanico de posibilidades en el diseño de antenas.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANTENAS
http://personal.us.es/boix/uploads/pdf/master%20microelectronica/5-
antenas.pdf
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