Antenas
Dispositivo usado para transformar una señal RF, viajando sobre un conductor, en una onda electromagnética en el espacio libre.
Reciprocidad: se refiere al hecho que una antena conserva sus mismas características sin importar que este trasmitiendo o recibiendo.
Antenas
Ancho de banda:
Rango de frecuencias sobre el cual la antena puede operar.
Directividad (Directivity):
Habilidad de una antena de enfocar la energía en una dirección en particular cuando transmite o de recibir energía mejor de una dirección particular cuando esta recibiendo.
Antenas
Patrón de radiación:
Distribución relativa de la potencia radiada en el espacio.
Una gráfica de la intensidad de campo emitido en función del ángulo a partir de la dirección de máxima emisión.
Antenas
Antenas: Patrón de Radiación Tridimensional
Antenas: Ancho del Haz
Ancho del Haz (beamwidth):
Conocido también como mitad de la potencia del ancho del rayo.
El ángulo que subtienden los dos puntos sobre el lóbulo principal del patrón de potencia del campo al cual la potencia pico del mismo se reduce en 3 dB.
Se busca la intensidad de la radiación pico y los puntos a ambos lados del pico que representan la mitad de la potencia de la intensidad pico.
Antenas: Ancho del Haz
Existen dos vectores que deben ser considerados:
Vertical: es medido en grados y es perpendicular a la superficie terrestre
Horizontal: es medido en grados y es paralelo a la superficie terrestre.
Antenas: Ancho del Haz
Antenas: Front-back ratio
Es el radio de la máxima directividad de una antena a su directividad en la dirección hacia atrás.
Antenas: Polarización
Una onda de radio esta compuesta por dos planos, uno eléctrico y uno magnético
Estos son perpendiculares entre ellos.
La suma de los campos se llama campo electromagnético.
El plano que es paralelo al elemento de la antena ( el metal de la antena que emite la radiación) se denomina E-plane y el perpendicular a dicho elemento es el H-plane.
Antenas: Polarización
Polarización: dirección del campo eléctrico emitido por una antena.
Puede ser:
Vertical
Horizontal
Elíptica
Circular
Antenas: Polarización Vertical
(Gp:) CAMPO
MAGNETICO
(Gp:) CAMPO
ELECTRICO
Antenas: Polarización Horizontal
(Gp:) CAMPO
MAGNETICO
(Gp:) CAMPO
ELECTRICO
Antenas: Polarización
Para lograr una potencia máxima de transferencia es ideal que la polarización de las antenas en ambos extremos de la comunicación sea la misma.
Cuando las antenas no tienen la misma polarización, habrá una reducción en la potencia de transferencia entre las dos antenas.
Esto conllevará a una reducción en el rendimiento y eficiencia del sistema completo.
Antenas: Polarización- Ejemplo
Luz visible brillando a través de dos agujeros en dos piezas de cartón
Tipos de Antenas
Antena isotrópica (ideal)
Radia potencia en todas las direcciones por igual.
Produce un campo electromagnético útil en todas las direcciones con igual intensidad y 100% de eficiencia.
El sol es un ejemplo de un objeto que se acerca mucho a los que es un radiador isotrópico.
La energía medida a cualquier distancia del mismo es la misma sin importar donde uno la mida.
Tipos de Antenas
Antenas dipolo
Antena “Half-wave dipole” (o antena Hertz).
Antena “Quarter-wave vertical” (o antena Marconi).
Antena Half-Wave Dipole
La antena más corta que puede ser usada para radiar señales en el espacio libre.
Está formada por un conductor eléctrico recto.
Este mide ½ la longitud de onda.
Es una de las antenas más simples.
Antena Quarter-Wave Dipole
Es un cuarto de la longitud de onda de la frecuencia transmitida o recibida.
También conocida como antena Marconi.
Es una antena que necesita estar en contacto directo con tierra para poder tener las características de una antena half wave dipolo.
Antena Quarter-Wave Dipole
La radiación esta compuesta por:
Señal radiada por la antena.
Reflexión de la tierra (llamada imagen espejo).
Otro método de obtener imágenes reflejadas es a través del uso de planos a tierra.
Tipos de Antena
Según la frecuencia y el tamaño:
Los tipos de antena varían de acuerdo a las bandas de frecuencias donde se vayan a utilizar.
El tamaño de la antena varía también de acuerdo a la longitud de onda en las diferentes frecuencias.
Tipos de Antena
Directividad:
Omnidireccionales:
Radian el mismo patrón alrededor de la antena en un patrón completo de 360 grados.
Tipo dipolo
Plano a tierra
Antena Omni Direccional de 2.4 GHz.
Tipos de Antena
Sectorial:
Radia primariamente en una área específica
El rayo puede oscilar entre 180 grados o ser tan delgado como 60 grados.
Direccionales
El ancho del rayo es mas angosto que las anteriores.
Tienen mayor ganancia y por lo tanto se usan en largas distancias.
Yagi
Biquad
Horn
Helicoidal
Antena de panel
Disco parabólico
Antena sectorial
Antena Direccional 2.4 GHz
Tipos de Antena: Antena Yagi-UDA
1 Reflector
Directores:
1 director = 8dBi
15 directores = 14 dBi
Tipos de Antena: Antena Yagi-UDA
Tipos de Antena:Antena de Patch o Plana
Tipos de Antena:Antena Parabólica
El reflector Parabólico enfoca la señal Puede ser sólido o grillado
25 cm -15dBi
1 m X 50 cm -24 dBi
1 m sol -27 dBi
2m sol -31 dBi
3m sol -37 dBi
Tipos de Antena: Reciclaje de un Reflector Parabólico
Transceptor colocado en el foco de la parábola.
Puede alcanzar unos 10 km.
Es fácil de construir y de bajo costo.
Se puede utilizar en el interior.
Tipos de Antena: Antena Parabólica con Reflectores Grillados
Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”
Tubo metálico tapado en un extremo dotado de un elemento activo de ¼ ? (= 12 cm a 2,4 GHz).
El diámetro debe ser tal que se pueda propagar el modo fundamental pero se atenúen los modos superiores.
En 2,4 GHz esto significa que el diámetro debe ser mayor que 73 mm y preferiblemente menor que 95 mm.
La longitud no es crítica, idealmente > 2 ?.
Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”
Dentro de la guía se forma una onda estacionaria, que tiene un nulo en el fondo del tubo.
El elemento activo debe posicionarse en un máximo de la onda estacionaria, el cual ocurre a ¼ ?g.
?g es la longitud de onda de la onda estacionaria dentro de la guía.
Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”
La longitud de onda de corte depende del diámetro de la guía: ?c= 1,706 D.
La longitud de onda en el vacío es ?= c/f, con c = 300.000 km/s.
(1/ ?)2 = (1/ ?c)2 + (1/ ?g)2.
De donde: ?g = ( (1/ ?)2 – (1/ ?c)2 ) -1/2 o también:
Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”
Para la frecuencia de 2,42 GHz, ? = 124 mm, ?/4 = 31 mm
Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”
Con una lata de D = 100 mm, ?c = 170,6 mm
?g = (1/(124)2 – 1/(170,6)2)-1/2
?g = 180,5 mm, ?g/4 = 45 mm
Ejercicio
Determine:
a) La dirección de máxima potencia transmitida
b) El ancho del haz
c) La relación de ganancia hacia adelante/hacia atrás (Front to Back ratio)
d) La atenuación del máximo lóbulo lateral
e) Las direcciones de ganancia mínima para esta antena
f) La magnitud de la señal recibida en un punto situado a 1,8 km en dirección 270 grados, sabiendo que la frecuencia de operación es de 2,45 GHz
Ejercicio
Solución
a) 0 grados
b) 60 grados, pues los puntos en los que la potencia irradiada disminuye en 3 dB corresponden a 30 y 330 grados.
c) Aproximadamente 16 dB.
d) 20 dB, aunque el lóbulo trasero es de 16 dB.
e) 110 grados, 250 grados, también hay mínimos relativos en 140 y 220 grados.
f) La atenuación del espacio libre es L= 92,4 + 20log(d/km) + 20log(f/GHz)
L= 105,3 dB.
La señal transmitida en la dirección de 270 grados tiene una potencia de 10 dBm,
por lo que la señal recibida será de 10 – 105,3 = -95,3 dBm
Ganancia de una Antena
Ganancia de la antena
Potencia de salida, en una dirección particular, comparada con aquel producido por una antena omnidireccional (isotrópica).
Área efectiva
Relacionada al tamaño y forma de una antena
G = ganancia de la antena
Ae = área efectiva
f = frecuencia portadora
c = velocidad de la luz
(3 * 108 m/s)
? = longitud de la onda portadora
Ganancia de una Antena
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