Indice.
1.
¿Qué es una
antena?
3. Tipos de antenas
4. Aplicaciones
5. Características de
radiación
6.
Bibliografía
La definición formal de una
antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir
ondas de radio. Convierte
la onda guiada por la línea de transmisión (el
cable o guía de onda) en ondas
electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio
libre.
En realidad una antena es un trozo de
material conductor al cual se le aplica una señal y esta
es radiada por el espacio libre.
Las antenas deben de
dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección. Es decir, deben acentuar un solo
aspecto de dirección y anular o mermar los
demás. Esto es necesario ya que solo nos interesa radiar
hacia una dirección determinada.
Esto se puede explicar con un
ejemplo, hablando de las antenas que
llevan los satélites.
Estas acentúan mucho la dirección hacia la tierra y
anulan la de sentido contrario, puesto que lo que se quiere es
comunicarse con la tierra y no
mandar señales hacia el espacio.
Las antenas también deben
dotar a la onda radiada de una polarización. La
polarización de una onda es la figura geométrica
descrita, al transcurrir el tiempo, por el
extremo del vector del campo
eléctrico en un punto fijo del espacio en el plano
perpendicular a la dirección de
propagación.
Para todas las ondas, esa figura es
normalmente una elipse, pero hay dos casos particulares de
interés
y son cuando la figura trazada es un segmento,
denominándose linealmente polarizada, y cuando la figura
trazada es un círculo, denominándose circularmente
polarizada.
Una onda está polarizada
circularmente o elípticamente a derechas si un observador
viese a esa onda alejarse, y además viese girar al campo
en el sentido de las agujas de un reloj. Lógicamente, si
lo viese girar en sentido contrario, sería una onda
polarizada circularmente o elípticamente a
izquierdas.
Distribución De Corriente En Una
Antena
Una antena, al ser un elemento de un
circuito, tendrá una distribución de corrientes sobre ella
misma. Esta distribución dependerá de la
longitud que tenga la antena y del punto de alimentación de la
misma.
Una onda estacionaria es una onda que
se crea cuando una señal se está propagando por un
medio de transmisión y es reflejada por culpa de una mala
adaptación o por culpa de un final de
línea.
Supongamos primero que tenemos una
línea acabada en circuito abierto y alimentada en uno de
sus extremos.
En el momento de alimentar a esta
línea de transmisión con una señal senoidal,
se crea una onda que se propaga por la línea.
Esta señal se irá
repitiendo cada longitud de onda landa (una longitud de onda y no
media longitud de onda) ya que es una señal senoidal y es
periódica. Esto provoca que ahora tengamos una
distribución de corrientes que no es constante y que
varía en función de
la longitud de onda landa.
En la siguiente figura podemos ver
una representación gráfica de como quedaría
una distribución de corrientes en la línea que
estamos tratando.
Una vez que la onda llega al final de
la línea, esta es reflejada al no poder
continuar su camino, volviendo hacia el generador. Esta onda
reflejada tiene un desfase de 90º respecto de la onda
incidente, por lo que al sumarse con la onda incidente, tendremos
puntos en donde la suma de un máximo y en donde de un
mínimo. Esta suma de las dos ondas es la onda estacionaria
que estamos buscando.
Si en vez de estar acabada la
línea en circuito abierto, estuviera acabada en corto
circuito, también se reflejaría la onda, pero en
vez de estar desfasada 90º, estaría desfasada
180º. También se sumaría a la onda incidente y
lógicamente también creará la onda
estacionaria.
En la figura anterior observamos como
quedan la onda incidente, la reflejada y la estacionaria en la
línea de transmisión que estamos
tratando.
Esta es la onda estacionaria que se
crea en la línea. Para entenderlo mejor se suele
representar el módulo de la intensidad, que sería
lo que mediría un medidor de corriente de RF, y la
tensión en la misma línea.
Una cosa que no se ha comentado, pero
que es muy importante, es la posición de los
máximos y de los mínimos de una onda
estacionaria.
Al estar acabada la línea en
un circuito abierto, en ese punto no podrá desplazarse la
corriente, luego el módulo de la corriente en el extremo
de la línea tendrá un mínimo. Por la misma
razón, la tensión en ese punto tendrá un
máximo, ya que hay máxima concentración de
energía.
Al ir variando la tensión y la
intensidad en la línea, la impedancia también
irá variando. Este detalle es importante puesto que una
vez que tengamos diseñada nuestra antena, dependiendo del
punto en el que la alimentemos, tendremos distinta impedancia.
Así por ejemplo, si tenemos un cable de 50 ohmios para
alimentar una antena, nos interesará alimentarla por un
punto que presente impedancia cercana a 50 ohmios para tener las
mínimas perdidas por desacoplo de impedancias.
Como podemos ver en la imagen anterior,
el módulo de la corriente en la línea se repite
cada media longitud de onda, que es la distancia que se utiliza
para diseñar antenas. Pero, ¿por qué se
utiliza esa longitud y no otra?.
En realidad hay muchos tipos de
antenas y cada una utiliza una parte distinta de la longitud de
onda, así que dependiendo de la aplicación que
queramos, del tipo de antena que queramos utilizar y de
más factores (espacio, … ) utilizaremos una medida u
otra.
Vamos a ver que ocurre cuando
modificamos un poco nuestra línea de transmisión
que estamos tratando. Vamos a suponer que alimentamos en un punto
cualquiera y que tenemos creada una onda estacionaria en
ella.
En la siguiente figura tenemos
representado de forma esquemática como quedará esa
onda en nuestra línea, en donde se indica con flechas el
sentido de las corrientes.
Sin meterse en cuestiones
físicas, si una corriente circula por un conductor,
creará un campo eléctrico y magnético en sus
alrededores. Luego nuestra corriente creará un campo
eléctrico y magnético, pero como supondremos que la
distancia entre los dos conductores que forman nuestra
línea (S) es pequeña, no se creará una onda
que se propaga, puesto que la contribución que presenta el
conductor superior se anulará con la que presenta el
conductor inferior.
Pero si separamos en un punto los dos
conductores, los campos que crean las corrientes ya no se
anularán entre si, si no que se creará un campo
eléctrico y magnético que formará una onda
que se podrá propagar por el espacio.
Según esto, dependiendo del
punto desde el que separemos el conductor, tendremos una longitud
en los elementos radiantes (H) variable. Al variar esta longitud,
la distribución de corriente variará, y
lógicamente la onda que se creará y se
propagará.
Hay que seguir observando que en los
extremos seguimos teniendo un mínimo de corriente y que
continúa repitiéndose cada media longitud de onda.
Luego ahora podemos ver de forma gráfica, que si suponemos
que nuestra antena son solo los elementos radiantes y que el
punto en el que los hemos separado es el punto de alimentación de la
antena, el módulo de la intensidad en el punto de
alimentación varía y lógicamente,
también varía la impedancia que presenta la
antena.
Veamos como se distribuye la
corriente en función de la longitud de la antena (H) y su
diagrama de
radiación
en la siguiente tabla. En ella se indica el ancho de haz a -3 dB,
la directividad (D), la resistencia de
radiación en el punto de máxima corriente
(Rrm) y la resistencia en el
punto de alimentación de la antena
(Rre).
Como podemos ver, no por tener una
antena más larga logramos radiar mejor, lo único
que conseguimos es variar el diagrama de
radiación y la impedancia que presenta.
En esta tabla vemos que una antena
vertical de 5/8 longitudes de onda es una de las mejores, de las
representadas, para hacer contactos a larga distancia (DX) puesto
que es la que tiene el lóbulo de radiación
más bajo y es la que presenta la directividad más
pronunciada. Esta directividad nos indica que presenta una mayor
ganancia en la dirección de propagación que se
observa en el diagrama de radiación.
2. Parámetros
generales de una antena
Una antena va a formar parte de un
sistema, por lo
que tenemos que definir parámetros que la describan y nos
permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro
sistema.
Impedancia
Una antena se tendrá que
conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo
de potencia posible
con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar la
antena al transmisor para una máxima transferencia de
potencia, que se
suele hacer a través de una línea de
transmisión. Esta línea también
influirá en la adaptación, debiéndose
considerar su impedancia característica, atenuación y
longitud.
Como el transmisor producirá
corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir
la impedancia de entrada mediante la relación
tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia
poseerá una parte real Re(w) y una parte
imaginaria Ri(w), dependientes de la
frecuencia.
Si a una frecuencia una antena no
presenta parte imaginaria en su impedancia Ri(w)=0,
entonces diremos que esa antena está resonando a esa
frecuencia.
Normalmente usaremos una antena a su
frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, luego
a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la
impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia
de entrada a la antena Re. Lógicamente esta
resistencia también dependerá de la
frecuencia.
Esta resistencia de entrada se puede
descomponer en dos resistencias,
la resistencia de radiación (Rr) y la
resistencia de pérdidas (RL). Se define la
resistencia de radiación como una resistencia que
disiparía en forma de calor la misma
potencia que radiaría la antena. La antena por estar
compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en
ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia
de pérdidas en la antena.
Como nos interesa que una antena
esté resonando para que la parte imaginaria de la antena
sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar
corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir
grandes pérdidas.
Veamos este ejemplo:
Queremos hacer una transmisión
en onda media radiando 10 KW con una antena que presenta una
impedancia de entrada Ze = 50 – j100
ohmios.
Si aplicamos las fórmulas P = |I|2 x
Real[Ze] = |I|2 = P / Real[Ze]
Obtenemos que |I| = 14.14 A.
Si ahora aplicamos la ley de
Ohm
|V| = |I| x |Ze| = 14.14 x (50 – j100) =
14.14 x 111.8 = 1580.9 V.
Si ahora logramos hacer que resuene
la antena, tendremos que la impedancia de entrada no
tendrá parte imaginaria, luego Ze = 50 ohmios.
Aplicando las mismas fórmulas de antes obtenemos que la
intensidad que necesitamos es la misma
|I| = 14.14 A, pero vemos que ahora la tensión
necesaria es |V| = 707 V.
Con este pequeño ejemplo vemos
que hemos ahorrado más de la mitad de tensión
teniendo la antena resonando que si no la tenemos. No se ha
dicho, pero se ha supuesto que la parte real de la impedancia de
entrada de la antena no varía en función de la
frecuencia.
Eficiencia
Relacionado con la impedancia de la
antena tenemos la eficiencia de
radiación y la eficiencia de
reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una,
cuanto de buena es una antena emitiendo señal, y otra,
cuanto de bien está adaptada una antena a una línea
de transmisión.
La Eficiencia de Radiación se define como la
relación entre la potencia radiada por la antena y la
potencia que se entrega a la misma antena. Como la potencia
está relacionada con la resistencia de la antena, podemos
volver a definir la Eficiencia de Radiación como la
relación entre la Resistencia de radiación y la
Resistencia de la antena:
La Eficiencia de
Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la
relación entre la potencia que le llega a la antena y la
potencia que se le aplica a ella. Esta eficiencia
dependerá mucho de la impedancia que presente la
línea de transmisión y de la impedancia de entrada
a la antena, luego se puede volver a definir la Eficiencia de
Reflexión como 1 – módulo del Coeficiente de
reflexión2 , siendo el coeficiente de
reflexión el cociente entre la diferencia de la impedancia
de la antena y la impedancia de la línea de
transmisión, y la suma de las mismas impedancias.
Eficiencia de Reflexión = 1 – (Coeficiente de
Reflexión)2 , donde
Algunas veces se define la Eficiencia
Total, siendo esta el producto entre
la Eficiencia de Radiación y la Eficiencia de
Reflexión.
Eficiencia Total = Eficiencia de Radiación x
Eficiencia de Reflexión
Otra forma de calcular la eficiencia
de una antena es utilizando la figura siguiente, en la que se
muestra un
circuito equivalente eléctrico simplificado para una
antena.
Parte de la potencia de entrada se
disipa en las resistencias
efectivas (resistencia de tierra,
dieléctricos imperfectos, etc.) y la restante se irradia.
El total de la potencia de la antena es la suma de las potencias
disipada y radiada. En términos de resistencia y
corriente, la eficiencia es:
donde:
n = eficiencia de la antena
i = corriente de la antena
Rr = resistencia de radiación
Re = resistencia de la antena efectiva
Patrón de Radiación
En algunas circunstancias es
necesario la representación gráfica de la fase del
campo eléctrico. Esta representación recibe el
nombre de Diagrama de Fase o Patrón de
Radiación.
Un patrón de radiación
es un diagrama polar o gráfica que representa las
intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias
posiciones angulares en relación con una antena. Si el
patrón de radiación se traza en términos de
la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de
potencia (P), se llama patrón de radiación
absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de
potencia en relación al valor en un
punto de referencia, se llama patrón de radiación
relativo.
Algunas veces no nos interesa el diagrama de
radiación en tres dimensiones, al no poder hacerse
mediciones exactas sobre el. Lo que se suele hacer es un corte en
el diagrama de radiación en tres dimensiones para pasarlo
a dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el más
habitual ya que es más fácil de medir y de
interpretar.
Campos Cercanos y Lejanos
El campo de radiación que se
encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de
radiación que se encuentra a gran distancia. El termino
campo cercano se refiere al patrón de campo que esta cerca
de la antena, y el termino 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 esta
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 continua irradiando lejos y nunca regresa a la antena por
lo tanto el campo lejano se llama campo de radiación. La
potencia de radiación, por lo general es la mas 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 área dentro de una
distancia D2/l de la antena, en donde l es la longitud
de onda y D el diámetro de la antena en las mismas
unidades.
Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia
La ganancia directiva es la
relación de la densidad de potencia radiada en una
dirección en particular con la densidad de potencia
radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo
que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia. El
patrón de radiación para la densidad de potencia
relativa de una antena es realmente un patrón de ganancia
directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de
una antena de referencia estándar, que por lo general es
una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva
se llama directividad. Matemáticamente, la ganancia
directiva es:
donde:
D = ganancia directiva (sin unidades)
P = densidad de potencia en algún punto de una
antena determinada (W/m2)
Pref = densidad de potencia en el mismo punto
de una antena de referencia (W/m2)
La ganancia de potencial es igual a
la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia
que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta la
eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la
antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la
antena de referencia no tiene perdidas (h = 100%).
Matemáticamente, la ganancia de potencia (Ap)
es:
Ap = D h
Si una antena no tiene perdidas,
irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de potencia
es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para una
antena también se da en decibeles en relación con
alguna antena de referencia. Por lo tanto, la ganancia de
potencia es:
Polarización de la Antena
La polarización de una antena
se refiere solo a la orientación del campo
eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede
polarizarse en forma lineal (por lo general, polarizada
horizontal o vertical), en forma elíptica o circular. Si
una antena irradia una onda electromagnética polarizada
verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente;
si la antena irradia una onda electromagnética polarizada
horizontalmente, se dice que la antena está polarizada
horizontalmente; si el campo eléctrico radiado gira en un
patrón elíptico, está polarizada
elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un
patrón circular, está polarizada
circularmente.
Ancho del Haz de la Antena
El ancho del haz de la antena es
sólo la separación angular entre los dos puntos de
media potencia (-3dB) en el lóbulo principal principal del
patrón de radiación del plano de la antena, por lo
general tomando en uno de los planos "principales". El ancho del
haz para una antena cuyo patrón de radiación se
muestra en la
figura siguiente es el ángulo formado entre los puntos A,
X y B ( ángulo q ). Los puntos A y B son los puntos de
media potencia (la densidad de potencia en estos puntos es la
mitad de lo que es, una distancia igual de la antena en la
dirección de la máxima radiación). El ancho
de haz de la antena se llama ancho de haz de -3dB o ancho de haz
de media potencia.
Ancho de Banda de la Antena
El ancho de banda de la antena se
define como el rango de frecuencias sobre las cuales la
operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo
general, se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces
se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la
antena.
Una antena es un dispositivo formado
por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite
la emisión de ondas de radio frecuencia,
o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas
emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes
tipos:
Antena colectiva:
Antena receptora que, mediante la
conveniente amplificación y el uso de
distribuidores, permite su utilización por diversos
usuarios.
Antena de cuadro:
Antena de escasa sensibilidad,
formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un
cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en
radiogoniometría.
Antena de reflector o parabólica:
Antena provista de un reflector
metálico, de forma parabólica, esférica o de
bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio,
concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente
para la transmisión y recepción vía
satélite.
Antena lineal:
La que está constituida por un conductor
rectilíneo, generalmente en posición
vertical.
Antena multibanda:
La que permite la recepción de
ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas
frecuencias.
Dipolo de Media Onda
El dipolo de media onda lineal o
dipolo simple es una de las antenas más ampliamente
utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de
2 MHz, la longitud física de una antena
de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda
se le refiere por lo general como antena de Hertz.
Una antena de Hertz es una antena
resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud
de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más
lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen
a lo largo de una antena resonante.
La figura anterior podemos observar
las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de
un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una
sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una
linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un
máximo voltaje y un mínimo de corriente y un
mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el
centro.
La impedancia varia de un valor
máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un
valor mínimo en el punto de alimentación de
aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la
impedancia de radiación).
El patrón de radiación
de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la
localización horizontal o vertical de la antena con
relación a la superficie de la
tierra.
La figura siguiente muestra el
patrón de radiación vertical para un dipolo de
media onda montado verticalmente. Observese que los dos
lóbulos principales que irradian en direcciones opuestas
están en ángulo derecho a la antena, los
lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el
caso ideal donde la corriente es constante a todo lo largo de la
antena, y esto es inalcanzable en una antena real.
Antena Yagi:
Antena constituida por varios
elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y
reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de
señales televisivas. Los elementos directores dirigen el
campo eléctrico, los activos radian el
campo y los reflectores lo reflejan. (figura
siguiente)
Los elementos no activados se
denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios
elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta
dada por:
G = 10 log n
donde n es el número de elementos por
considerar.
Para la antena yagi de tres elementos
la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15l , y entre
el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de
separación entre los elementos son las que proporcionan la
óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los
elementos interferirían destructivamente entre sí,
bajando la ganancia.
Como se puede observar, este diseño
de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el
elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que
generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los
canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a
86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible
cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada.
Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de
banda ancha,
la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando
la ganancia.
En la figura siguiente se muestran
los parámetros de diseño
x y y, creando la relación x + y = l /4, la ganancia se
acentúa alrededor de un solo canal, como se muestra en la
figura.
Para considerar una antena yagi de banda ancha es
necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los
elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la
ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de
antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se
obtiene mejor ganancia para el denominado "en linea". Como la
antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es
común aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3;
estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda;
generalmente para los canales bajos de televisión
da muy buen resultado. En la figura siguiente se proporciona las
dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de
tres elementos
Antenas Vhf Y Uhf
Para clasificar las ondas de radio se toman como medida
los múltiplos de diez en la longitud de onda. Por lo tanto
la ondas de VHF tienen una longitud de onda entre 1 Metro y 10
Metros mientras que las de UHF tienen una longitud de entre 10
Centímetros y un Metro. Como la relación es que la
frecuencia es igual a la velocidad de
la luz (misma
velocidad que
la de propagación de las ondas electromagnéticas,
aproximadamente 300.000 Km./h) dividida por la longitud de onda,
entonces tenemos que la banda de VHF va desde los 30 Mhz a los
300 Mhz y la de UHF va de los 300 Mhz a los 3 Ghz.
Las actuales aplicaciones en comunicaciones
de punto a punto o móviles que superan los 30 Mhz son muy
populares y han hecho que aparezcan un gran numero de antenas
para estas aplicaciones. La figura ilustran algunos tipos de
antenas buenas para polarizaciones eléctricas verticales y
fáciles de montar en un mástil. Excepto por un
aislante que esta señalado como "insulator" en la figura
todas las demás líneas son de materiales
conductores ya que para una representación simple se han
obviado los aislantes.
La parte mas baja de (a) es el coaxial que alimenta
media longitud de onda de la parte superior de la antena en el
medio en una conexión en serie (Toda la corriente de la
línea de alimentación fluye a través de la
antena). La porción de diámetro ancho no toca el
conductor exterior de la línea de alimentación
excepto en la punta, esto es una condición que tiende a
minimizar que las ondas se queden el mástil que sostiene a
la antena.
En la antena (b) vemos que hay una conexión entre
la parte interna y las partes adyacentes, la alimentación
esta perfeccionada por traer el conductor interior de la
línea de alimentación a través de un agujero
al exterior en un punto dentro del aislamiento que esta protegido
del clima.
En la antena (c) y (d) son dos antenas en forma de "J"
en las que la sección radiante es la media onda superior
de una de las líneas de alimentación sobre el punto
en que la otra termina.
En la figura (e) se ve una cruz horizontal de cuatro
caños tierra sobre un largo cilindro, en el final hueco
del cual esta montado el conductor interno que se extiende sobre
el un poco menos que un cuarto de onda, se pone el punto de
conexión coaxial de tal manera que coincidan las
impedancias. La sección que continua este punto de
conexión provee un fuerte soporte mecánico a la
parte radiante por sobre ella.
Cuando se usa polarización horizontal en
transmisiones de UHF hay muchos tipos de antenas a ser
considerados. En esta polarización es mas fácil
incrementar la ganancia que en la vertical por el método de
"Stacking" (apilar). Muchos tipos están indicados en la
siguiente figura.
La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a).
Esencialmente tiene dos partes radiantes con una longitud de
media onda desfasadas 90º y puestas en fases de cuadratura.
Esta alimentada por un sistema de alimentación de
líneas de transmisión. Cuando corrientes iguales
son usadas en dos radiadores, el diagrama direcciones en el plano
horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un
cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados
es de media onda. La antena Turnstile esta adaptada para el uso
de una banda de transmisión por el empleo de
conductores largos y un cuidado extremo de todos los
detalles.
Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada
en la figura (B) donde se ve una antena usada en el Empire State,
donde los conductores con diámetros de un cigarrillo y las
partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones sobre
las líneas AC y BD. Líneas separadas de
transmisión son proveídas en F para cada uno de los
cuatro radiadores.
La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de
cuadrado, donde el largo de cuyo vértice es una
cuestión de diseño, pero por propósitos
descriptivos puede ser tomado por aproximadamente un tercio de
longitud de onda. La corriente es entregada como se muestra en la
figura, las corrientes en los cuatro radiadores son iguales en
magnitud y parecidas en fase como se muestra en las flechas del
diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una
distancia de media onda.
La figura (d) muestra una antena circular que
también se llama antena de loop. Los dos conductores
circulares radiantes están eléctricamente rotos en
B por un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad
mecánica y de fuerza, toda
la construcción es capaz de ser soportada
desde el punto A. El circulo mas bajo esta roto en C, de donde el
sistema es alimentado en la forma de "Folded Dipole" (Dipolo
Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia
(Tomando en cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda.
Físicamente la circunferencia es menos que esto. Esta
antena esta enganchada a un mástil en el punto A y por lo
tanto metálicamente a tierra. El mástil esta dentro
de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es
elíptica, la máxima diferencia en campo de fuerza es un
poco menos que 2 db. Cuando estas unidades están apiladas
en vertical el espacio entre ellas es de una longitud de
onda.
La antena "Coverleaf"esta mostrada en la figura (e).
Esta consiste en una torre de estructura
metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto
con la torre misma forman un sistema de transmisión
coaxial. Las "Hojas" radiantes están agarradas como se
muestra en la figura, formando una circunferencia horizontal
compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de
aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan
intervalos de media longitud de onda. El diagrama horizontal
prácticamente circular.
La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un
cilindro vertical cerrado metálicamente en sus dos
extremos, pero tiene una grieta abierta en un elemento del
cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se
muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro
estableciendo un voltaje a través de la grieta. La antena
tiene un efecto externo como una distribución vertical de
circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas
muy juntas. El diámetro es mas o menos que media longitud
de onda.
La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal
que tiene un particular sistema de alimentación
coaxial.
Las antenas de VHF y UHF también se puede
clasificar en cuatro categorías dependiendo de otros
parámetros como se ve en la siguiente tabla.
Cada una de estos tipos de antenas tiene asociadas
formas de antenas especificas del mismo. Algunas de estas formas
de antena fueron mencionadas o explicadas con
anterioridad.
Ajuste de antenas de VHF y UHF
Es un error pensar que, disponiendo excelente medidor de
R.O.E., y comprobando que estamos con antenas ajustadas a 1:1, la
ganancia será la que creemos por la cantidad de elementos
de la antena.
Una yagui cruzada de 7 + 7 elementos, con una ganancia
teórica en 11 db cada una, según tablas de
Radio-Amateur Handbook, resultaron al ser medidas de 6 db una y 3
db la otra y la R.O.E. era de 1:1,10 en ambas.
El método
simple y realmente efectivo es medir la intensidad de
campo.
Ajustar la antena con una señal lejana es algo
complicado, ya que se debe contar con un colega que mantenga una
transmisión constante por tiempo
considerable, además de violar la
reglamentación.
Para medir la intensidad de campo conviene fijar el
transmisor con potencia baja, y es necesario cerciorarse que el
equipo transmita con la misma potencia en las distintas
frecuencias de la banda.
Una antena terminada y ajustada para mínima
R.O.E., se ajustara para máxima ganancia con la ayuda de
un medidor de intensidad de campo.
1/2 Onda.
————————————
I I
————–. .—————-
I I
I I
I I
I I Cable de T.V.
I I 300 Ohms.
I I
I I
I I
I I
.——-* *——–.
I I
I——-///——–I
I 300 OHMS. I
.—. I
/ I
—– I
I .001 uF I
I———I I———I
I I
I 1 K. 1 K. I
I-///–. .–///-I
I I
1 K. I I 1 K.
+-///–+ +–///-+
I I
I .001 uF. I
I———I I———I
I I
I +——-+ I
I I I I
*——I UA. I——*
I——-I
+——-+
La figura muestra una antena TEST que
facilitara los ajustes.
Según el fabricante, o las indicaciones de
manual, se
procederá al ajuste FINO, que correctamente realizado
llevara una antena de 3 db como la indicada en l anécdota
mas arriba, en los 11 db que debería tener por
formula.
Básicamente, consistirá en sintonizar cada
elemento director acortándolo o alargándolo (con
tornillos de bronce en los extremos) como si se estuviera
alineando una etapa de F.I.
El reflector tiene menos incidencia que los directores,
y el primero es el mas critico.
Se recuerda que la antena no puede sostenerse con un
mastil metálico que sea paralelo a los
elementos.-
Con mucha frecuencia se observan instalaciones de
antenas verticales para 2 Metros, montadas con mástiles
encima de la configuración de H.F.
Para ver el efecto negativo, basta con observar la
intensidad de campo y el medidor de R.O.E. mientras se acerca un
mástil metálico paralelo a los elementos de la
antena.
Es de indudable valor didáctico tocar con una
varilla de madera la
punta de un director cualquiera (no el director), por seca que la
madera
este.-
Se comprobó que la mejor manera de sostener una
yagui cruzada es en la disposición "en X es decir, a 45
grados cada elemento con respecto a la vertical u
horizontal.
Calculo de la perdida de Transmisión o de
Trayectoria
EL alcance de las ondas en el espacio esta
prácticamente limitado a atenuación que sufre la
señal a medida que se aleja de la fuente que la genero. Esta
atenuación esta dada por la siguiente formula:
Donde Lp es la relación entre potencia
transferida y potencia recibida. (Pt/Pr) y d es la distancia
entre las dos antenas.
Lo mismo se puede calcular en dB con la siguiente
formula
Lp = 32.5 + 20 log f + 20 log d
Donde Lp es la perdida en dB, f es la frecuencia en Mhz
y d es la longitud de la trayectoria en Km.
Esto nos demuestra que cuanto mayor es la frecuencia o
menor es la longitud de onda mayores serán las perdidas.
Esto es muy importante de considerar en antenas de VHF y UHF ya
que trabajan con frecuencias elevadas y longitudes de onda muy
cortas.
Considerando lo antes mencionado si transmitimos a 30
Mhz (limite inferior de VHF) entonces para que la relación
entre potencia transferida y potencia recibida sea
aproximadamente 1 debemos colocar el transmisor a 10 metros * 4 *
PI del receptor lo que nos da un total de 125.66 metros. Si lo
colocamos a 1000 metros la atenuación seria de alrededor
de 1.500.000. Entonces si transmitimos con 10 Watts de potencia
se recibirían 7 Micro Watts lo que todavía es
suficiente, por lo tanto y debido a que las características de este tipo de ondas hace
que viajen a elevadas alturas, este tipo de enlaces es bueno para
las comunicarse dentro de una ciudad (especialmente comunicaciones
móviles donde el equipo es reducido y no se puede emplear
mucha potencia para transmitir ni para amplificar ) donde las
distancias son cortas pero hay muchos obstáculos a bajas
alturas.
5. Características de
radiación
Otro aspecto que hay que tener en cuenta cuando se elige
una antena es la característica de radiación de la
misma ya que es uno de los parámetros mas importantes de
la antena. Por ejemplo la característica de
radiación de una antena emisora debe ser igual a la
característica de recepción de la antena receptora
para que el proceso de
transmisión sea optimo. La característica de
radiación de una antena representa el cambio de
intensidad de un cambio
magnético en una esfera cuyo centro es la antena radiante.
Esta es una representación en 3 dimensiones y resulta muy
complicada, por lo tanto también se puede usar un descripción bidimencional que aproxima la
forma tridimensional. Entonces se puede decir que la
radiación de la antena tiene una forma circular,
elíptica, etc.
Por ejemplo la onda de la antena Turnstile tiende a
formar un cuadrado entonces es compatible con la Aldorf Loop cuya
onda es cuadrada.
Por su forma de onda circular, la antena cohete es
compatible con la antena Coverleaf.
-Electrical Engineers' Handbook, Pender &
McIlwain.
-Enciclopedia de la Electronica, Ingeniería y Tecnica, C.
Belove.
-Propagación y Antenas Salmeron
–Sistemas de
Comunicaciones Electrónicas Wayne Tomasi
-RCUA Antenas
Webs De Interés
Eiffel Antenas
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Hall/3334/enlants.htm
http://www.laantena.com
http://www.geocities.com/wireless4data/
http://www.sonicolor.com/catalogo/antenas/antenas.html
http://www.geocities.com/eaqrpclub_es/es/bibli_es/antenas.html
http://www.ieee.org
http://www.nasa.gov
http://www.conatel.gov.ve
Integrantes:
Daniel Mesen A.
Robelth Montilla H.
Rosmer Ocando.
Republica Bolivariana de Venezuela
Universidad
Fermin Toro
Escuela de
Ingeniería Electrica
Cabudare, Diciembre del 2000
Trabajo enviado por.
Daniel Mesen A
016-8594304
Barquisimeto – Estado Lara –
Venezuela
Estudiante de Ingenieria Electrica (7mo semestre)
Universidad
Fermin Toro