Antena

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Antena de onda curtia "Cortina", Moosbrunn, Austria
Antena pa Comunicaciones per satélite en banda-C de 15 m de diámetru.

Una antena ye un dispositivu (conductor metálicu) usáu pa les tresmisiones en frecuencies AM o FM, diseñáu coles mires d'emitir y/o recibir ondes electromagnétiques escontra l'espaciu llibre. Una antena tresmisora tresforma enerxía eléctrica n'ondes electromagnétiques, y una receptora realiza la función inversa.

Esiste una gran diversidá de tipos d'antenes. Nunos casos tienen d'espandir no posible la potencia radiada, esto ye, nun tienen de ser directives (exemplu: una emisora de radio comercial o una estación base de teléfonos móviles), otres vegaes tienen de selo pa enriar la potencia nuna direición y nun interferir a otros servicios (antenes ente estaciones de radioenlaces).

Les característiques de les antenes ye que dependen de la relación ente les sos dimensiones y la llargor d'onda de la señal de radiofrecuencia tresmitida o recibida. Si les dimensiones de l'antena son muncho más pequeñes que'l llargor d'onda les antenes denominar elementales, si tienen dimensiones del orde de mediu llargor d'onda llámense resonantes, y si el so tamañu ye enforma mayor que'l llargor d'onda son directives.

Diagrama animáu de l'antena dipolo qu'irradia ondes de radiu
Una diagrama animáu d'una antena dipolo de recepción d'onda de radiu

Parámetros d'una antena[editar | editar la fonte]

Les antenes caracterizar por una serie de parámetros, tando los más habituales descritos de siguío:

Diagrama de radiación[editar | editar la fonte]

Ye la representación gráfica de les característiques de radiación d'una antena, en función de la direición (coordenaes en azimut y elevación), lo más habitual ye representar la densidá de potencia radiada, anque tamién pueden atopase diagrames de polarización o de fase.

Atendiendo a la diagrama de radiación, podemos faer una clasificación xeneral de los tipos d'antena y podemos definir la directividad de l'antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional,…).

Dientro de les diagrames de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de l'antena cola polaridá deseyada y contrapolar a la diagrama de radiación con polaridá contraria a la que yá tien.

Diagrama de radiación

Los parámetros más importantes de la diagrama de radiación son:

  • Direición d'apuntamientu: Ye la de máxima radiación. Directividad y Ganancia.
  • Lóbulu principal: Ye'l marxe angular en redol a la direición de máxima radiación.
  • Lóbulos secundarios: Son el restu de máximos relativos, de valor inferior al principal.
  • Anchu de fexe: Ye'l marxe angular de direiciones nes que la diagrama de radiación d'un fexe toma un valor de 3dB per debaxo del máximu. Esto ye, la direición na que la potencia radiada amenorgar a la metá.
  • Relación de lóbulu principal a secundariu (SLL): Ye'l cociente en dB ente'l valor máximu del lóbulu principal y el valor máximu del lóbulu secundariu.
  • Relación delantre-tras (FBR): Ye'l cociente en dB ente'l valor de máxima radiación y el de la mesma direición y sentíu opuestu.

Anchu de banda[editar | editar la fonte]

Ye'l marxe de frecuencies nel cual los parámetros de l'antena cumplen unes determinaes característiques. Puede definise un anchu de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o d'otros parámetros.

L'anchu de banda ta determináu poles frecuencies cimera ya inferior fuera de les cualos el nivel d'enerxía na antena escai a más de 3dB.

Directividad[editar | editar la fonte]

La Directividad (D) d'una antena defínese como la relación ente la intensidá de radiación d'una antena na direición del máximu y l'intensidá de radiación d'una antena isotrópica que radia cola mesma potencia total:

La Directividad nun tien unidaes y suelse espresar n'unidaes logarítmiques (dBi) como:

Ganancia[editar | editar la fonte]

Defínese como la ganancia de potencia na direición de máxima radiación. La Ganancia (G) producir pol efeutu de la directividad al concentrase la potencia nes zones indicaes na diagrama de radiación.



La unidá de Ganancia (G) d'una antena ye'l dBd o dBi, dependiendo si esta defínese al respeutive de un dipolo de media onda o a la isotrópica.

Eficiencia[editar | editar la fonte]

Relación ente la potencia radiada y la potencia apurrida a l'antena.

Tamién puede definise como la relación ente ganancia y directividad.



El parámetru y (eficiencia) ye adimensional.

Impedancia d'entrada[editar | editar la fonte]

Ye la impedancia de l'antena nos sos terminales. Ye la relación ente la tensión y la corriente d'entrada. . La impedancia ye un númberu complexu. La parte real de la impedancia denominar Resistencia d'Antena y la parte imaxinaria ye la Reactancia. La resistencia d'antena ye la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de perdes. Les antenes denominar resonantes cuando s'anula la so reactancia d'entrada.

Apertura de fexe[editar | editar la fonte]

Ye un parámetru de radiación, amestáu a la diagrama de radiación. Puede definise l'anchu de fexe a -3dB, que ye l'intervalu angular nel que la densidá de potencia radiada ye igual a la metá de la potencia máxima (na direición principal de radiación). Tamién puede definise l'anchu de fexe ente ceros, que ye l'intervalu angular del fexe principal de la diagrama de radiación, ente los dos ceros axacentes al máximu.

Polarización[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Polarización electromagnética

Les antenes crean campos electromagnéticos radiaos. Defínese la polarización electromagnética nuna determinada direición, como la figura xeométrica que traza l'estremu del vector riolo eléctricu a una cierta distancia de l'antena, al variar el tiempu. La polarización puede ser llineal, circular y elíptica. La polarización llineal puede tomar distintes orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Les polarizaciones circular o elíptica pueden ser al dereches o esquierdes (dextrógiras o levógiras), según el sentíu de xiru del campu (reparáu alloñar dende l'antena).

Nel marcu d'antenes define un coeficiente de desacoplo por polarización. Este mide la cantidá de potencia que ye capaz de recibir una antena polarizada d'una forma con un llargor efectivu d'un campu eléctrico incidente con una determinada polarización . D'esta miente, el coeficiente de desacoplo por polarización defínese como:

D'esta manera, llogramos la fracción de potencia que finalmente l'antena ye capaz de recibir, multiplicando la potencia incidente na antena por esti coeficiente definíu enantes, de la forma:

Llámase diagrama copolar a la diagrama de radiación cola polarización deseyada y diagrama contrapolar (crosspolar, n'inglés) a la diagrama de radiación cola polarización contraria.

N'antenes profesionales de comunicaciones per satélite, ye habitual qu'una mesma antena trabaye con dambes polarizaciones ortogonales al empar, de cuenta que se doble l'anchu de banda disponible pa la señal nel enllaz. Pa ello, asítiase xuntu al alimentador un transductor ortomodo, que dispon d'un puertu de guiaondas circular conectáu a la bocina y dos puertos de guiaondas rectangulares ortogonales, cada unu de los cualos trabaya nuna polarización distinta. Si, en cada unu d'estos puertos, asítiase un diplexor, que dixebre les bandes de frecuencia d'emisión y recepción, va tratar d'un alimentador de cuatro puerto col qu'una mesma antena va ser capaz d'emitir y recibir en dambes polarizaciones simultáneamente. N'otres ocasiones, estes antenes disponen de solu dos puertos, unu pa emitir nuna polarización y l'otru pa recibir na polarización opuesta.

Relación Delantre/Tras[editar | editar la fonte]

Esti parámetru defínese como la relación esistente ente la máxima potencia radiada nuna direición xeométrica y la potencia radiada nel sentíu opuestu.

Cuando esta relación ye reflexada nun gráficu con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) ye la diferencia en dB ente'l nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 graos. Esti parámetru ye especialmente útil cuando la interferencia escontra tras ye crítica na eleición de l'antena que vamos utilizar.

Esta relación, amás podemos ver dende otru puntu de vista, indicando lo bona que ye l'antena nel refugu de les señales provenientes de la parte trasera. Escasamente ye verdaderamente importante, una y bones la interferencies pela parte trasera nun asoceden davezu, pero puede asoceder.

La relación F / B nun ye un númberu bien útil, yá que de cutiu varia descomanadamente d'una canal a otru. De xacíu, si tiense'l patrón de radiación, entós nun se precisa la relación F/B.

Comparando una antena yagui con una parabólica, podemos ver que pa l'antena yagui tenemos una relación F/B d'aprosimao 15 dB (según modelu y fabricante) ente que pa la parabólica la relación F/B ye >35dB (según modelu y fabricante). D'esta forma reparamos como ye "de bona" una antena respeuto al refugu de señales pela parte trasera. Cuanto mayor seya esti paramentro nes antenes parabóliques meyor va ser.

Los 15 dB de l'antena yagui podemos interpretar tamién como la atenuación que tendríamos nel sistema, en casu de captar una onda rebotada por casu d'un edificiu, pela parte trasera d'esta.

Resistencia de radiación[editar | editar la fonte]

Cuando se-y suministra potencia a una antena, parte d'ella irrádiase y otra parte convertir en calor estenándose. Cuando se fala de resistencia de radiación, faise teniendo en cuenta que nun se puede midir de forma directa.

Si reemplázase l'antena pola resistencia de radiación, esta, fadría'l so trabayu, esto ye, estenaría la mesma cantidá de potencia que la irradiaría l'antena. La resistencia de radiación ye igual a la relación de la potencia radiada pola antena estremada pol cuadráu de la corriente nel so puntu d'alimentación.

Onde:

Rr = Resistencia de radiación (Ohms)
P = Potencia radiada pola antena (Watts)
i = Corriente de l'antena nel puntu d'alimentación (Amperes)

Podría llograse la eficiencia d'una antena, yá que ye la relación de la potencia radiada y la potencia disipada.

Clasificación clásica de les antenes[editar | editar la fonte]

Antenes y paráboles sobre'l castiellu de Santa Bárbara, Alicante, España.

Esisten tres tipo básicos d'antenes: antenes de filo, antenes d'apertura y antenes planes. Coles mesmes, les agrupaciones d'estes antenes (arrays) suélense considerar na lliteratura como otru tipu básicu d'antena.

Antenes de filo[editar | editar la fonte]

Les antenes de filo son antenes que los sos elementos radiantes son conductores de filo que tienen una seición despreciable al respeutive de el llargor d'onda de trabayu.[1] Les dimensiones suelen ser a lo más d'un llargor d'onda. Utilícense estensamente nes bandes de MF, HF, VHF y UHF. Pueden atopase agrupaciones d'antenes de filo. Exemplos d'antenes de filo son:

Les antenes de filo analizar a partir de les corrientes eléctriques de los conductores.

Antenes d'apertura[editar | editar la fonte]

Les antenes d'apertura son aquelles qu'utilicen superficies o apertures pa direccionar el fexe electromagnéticu de forma que concentren la emisión y recepción del so sistema radiante nuna direición. La más conocida y utilizada ye l'antena parabólica, tantu n'enllaces de radio terrestres como de satélite. La ganancia de diches antenes ta rellacionada cola superficie de la parábola, a mayor tamañu mayor colimación del fexe vamos tener y polo tanto mayor directividad.

L'elementu radiante ye l'alimentador, que puede allumar de forma directa a la parábola o en forma indirecta por aciu un subreflector. L'alimentador ta xeneralmente allugáu nel focu de la parábola. L'alimentador, en sí mesmu, tamién ye una antena d'apertura (denominar antenes de bocina) que puede utilizase ensin reflector, cuando l'oxetivu ye una cobertoria más amplia (y.g. cuando pretende cubrir la totalidá de la superficie de la tierra dende un satélite n'órbita geoestacionaria).

Puede calculase la directividad d'esti ciertu tipu d'antenes, , cola siguiente espresión, onde ye la área y ye'l llargor d'onda:

Reflectores parabólicos

Hai dellos tipos d'antenes d'apertura, como la antena de bocina, la antena parabólica, l'antena parabólica del Radar Doppler y superficies reflectores polo xeneral.

Antenes planes[editar | editar la fonte]

Un tipu particular d'antena plana son les antenes d'apertura sintética, típiques de los radares d'apertura sintética (SAR).

Agrupaciones d'antenes[editar | editar la fonte]

Iguo d'antenes.

Les agrupaciones d'antenes tán formaos por un conxuntu de dos o más antenes ordenaes de tala forma que nel so conxuntu pórtense como una única antena con una diagrama de radiación propio.

La característica principal de los arreglos d'antenes ye que la so diagrama de radiación ye modificable, pudiendo afaelo a distintes aplicaciones/necesidaes. Esto consíguese controlando de manera individual l'amplitú y fase de la señal qu'alimenta a cada unu de los elementos del arreglu.

Atendiendo a la distribución de les antenes que componen un arreglu podemos faer la siguiente clasificación:

  • Arrays llineales: Los elementos tán dispuestos sobre una llinia.
  • Arrays planos: Los elementos tán dispuestos bidimensionalmente sobre un planu.
  • Arrays conformaos: Los elementos tán dispuestos sobre una superficie curva.

A nivel d'aplicación los arrays d'antenes utilizar pa la construcción d'antenes intelixentes. Una definición básica d'un sistema d'antenes intelixentes ye cualquier configuración adaptativa de múltiples antenes qu'ameyoren el rendimientu d'un sistema de comunicaciones inalámbriques.

Les característiques de les antenes intelixentes con unos fexes de radiación con una mayor directividad (esto ye, mayor ganancia y mayor selectividá angular), apurren múltiples ventayes:

  • Medría de la zona de cobertoria: Cuidao que la ganancia ye mayor que nel casu d'antenes omnidireccionales o sectorizadas.
  • Medría de la potencia de tresmisión: La mayor ganancia de l'antena dexa amontar la sensibilidá.
  • Amenorgamientu del nivel d'interferencia: La meyor selectividá espacial de l'antena va dexar al receptor discriminar les señales d'usuarios interferentes a favor de la señal del usuariu deseyáu. Inclusive pueden utilizase antenes intelixentes con configuración antena principal y secundaries onde les secundaries anulen les interferencies.
  • Amenorgamientu del espardimientu multitrayecto:Por cuenta de la menor dispersión angular de la potencia radiada, amenórgase'l númberu de trayectories que tien de siguir la señal antes de llegar al receptor.
  • Meyora de la seguridá: Gracies a que la tresmisión ye direccional, hai una probabilidá bien baxa de qu'un equipu ayenu intercepte la comunicación.
  • Introducción de nuevos servicios: Al poder identificar la posición d'usuarios puede aplicase a radiolocalización, tarificación xeográfica, publicidá en servicios cercanos...

Clasificación funcional[editar | editar la fonte]

La clasificación tradicional de les antenes básase, fundamentalmente, na forma en que se distribúi'l campu electromagnético na mesma antena o na teunoloxía utilizada. Sicasí, tamién pueden faese clasificaciones dende un puntu de vista prácticu: una catalogación de les antenes dende'l puntu de vista de les sos prestaciones y teunoloxía, casos d'usu concretos y discutinios alrodiu de los parámetros d'inxeniería qu'ayuden al entendimientu del so funcionamientu.

Antenes con reflector[editar | editar la fonte]

L'orixe de l'antena con reflector remontar a 1888 nel llaboratoriu de Heinrich Hertz, que demostró esperimentalmente la esistencia de les ondes electromagnétiques que fueren prediches por James Clerk Maxwell unos quince años antes. Nos sos esperimentos, Hertz utilizó un reflector parabólicu cilíndricu de cinc, escitáu por una chispa na parte central d'un dipolo asitiáu na llinia focal y otru similar como receptor.

El so funcionamientu basar na reflexón de les ondes electromagnétiques pola cual les ondes qu'inciden paralelamente a la exa principal refléxense y van parar a un puntu denomináu focu que ta centráu nel paraboloide. Nel casu d'una antena receptora, sicasí si tratar d'una antena emisora, les ondes que emanan del focu (dispositivu d'emisión) vense reflexaes y abandonen el reflector en forma paralela a la exa de l'antena.

Cuando se deseya la máxima directividad d'una antena, la forma del reflector xeneralmente ye parabólica, cola fonte primaria alcontrada nel focu y empobinada escontra'l reflector.

Les antenes con reflector parabólicu, o a cencielles antenes parabóliques utilícense estensamente en sistemes de comunicaciones nes bandes de UHF a partir d'unos 800 MHz y nes de SHF y EHF. Ente les sos característiques principales atópense la cencellez de construcción y elevada direccionalidad. La forma más habitual del reflector ye la d'un paraboloide de revolución, escitáu por un alimentador asitiáu nel focu.

Tipos básicos d'antenes con reflector[editar | editar la fonte]

  • Focu primariu La superficie d'estes

antenes ye un paraboloide de revolución. Les ondes electromagnétiques inciden paralelamente a la exa principal, refléxense y dirixen al focu.

El focu ta centráu nel paraboloide.

Tienen un rendimientu máximu d'aprosimao'l 60%, esto ye, de tola enerxía que llega a la superficie de l'antena, el 60% facer al focu y aprovéchase, el restu piérdese debíu principalmente a dos efectos, l'efeutu spillover y l'efeutu bloquio.

La so relativa gran superficie implica un menor ángulu d'anchor del fai (3 dB), polo que l'antena tien de montase con mayor precisión qu'una antena offset normal. L'agua y la nieve pueden atropase nel platu ya interferir na señal; Amás como'l LNB va montáu centralmente, bloquia munches señales cola so propia solombra sobre la superficie de l'antena.

Antena Offset
  • Offset

Una antena offset ta formada por una seición d'un reflector paraboloide de forma oval. La superficie de l'antena yá nun ye redonda, sinón oval y simétrica (elipse). El puntu focal nun ta montáu nel centru del platu, sinón a un llau del mesmu (offset), de tala forma que el focu queda fuera de la superficie de l'antena. Por cuenta de esto, el rendimientu ye daqué mayor que na de Focu Primariu, pudiendo ser d'un 70% o daqué más.

  • Cassegrain

Esti tipu d'antenes presenten una gran directividad, una elevada potencia nel tresmisor y un receptor de baxu ruiu. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancies del tresmisor al focu (y l'imposibilidá d'asitiar equipos nél) polo qu'una solución ye emplegar un segundu reflector o subreflector. Nel casu del reflector parabólicu Cassegrain el subreflector ye hiperbólicu.

El reflector principal reflexa la radiación incidente escontra'l focu primariu. El reflector secundariu tien un focu de mancomún col reflector parabólicu.

El sistema d'alimentación ta asitiáu nel focu secundariu, de manera que'l centru de fases del alimentador coincide col focu secundariu del hiperboloide.

El paraboloide convierte una onda plana incidente nuna esférica dirixida escontra'l focu primariu, que ye entós reflexada pol subreflector pa formar una onda esférica incidente nel alimentador.

Alimentadores p'antenes con reflector (bocines)[editar | editar la fonte]

Les bocines son utilizaes como alimentador nes antenes, esto ye, utilícense p'allumar el reflector formando lo que se conoz como antena parabólica. La bocina d'alimentación atópase asitiada nel focu del paraboloide.

Una única bocina puede utilizase como una antena de cobertoria global en satélites; amás pueden arrexuntase delles bocines (alimentándoles con una amplitú y una fase distintes), pa consiguir un determináu diagrama de radiación y dar cobertoria a un país o continente. L'agrupación de bocines sería l'alimentador del reflector.

Nuna tresmisión la bocina emite enerxía dende'l focu escontra la superficie del reflector, consiguiendo radiar sobre'l rangu de cobertoria deseyáu, ente que nuna recepción el reflector actúa como un acumulador d'enerxía de la señal, que ye concentrada escontra la bocina alimentadora.

Les bocines pueden tresmitir ó recibir dos ondes con polarización distinta, siempres que la polarización seya ortogonal. Esto consíguese con un dispositivu llamáu acoplador ortomodo (OMT), que ye un sistema de guía d'ondes en forma de T, onde pola guía principal arrobínense dos maneres dominantes ortogonales y cada guía adosada soporta unu de los dos maneres anteriores.

La polarización hai de ser ortogonal por que nun se produzan interferencias.

Acordies con la forma de l'apertura, les bocines pueden ser de dos tipos: piramidal y cónica.

Bocina piramidal

Bocina piramidal

Ye un tipu de bocina rectangular. Enánchase tantu nel planu Y como nel H, lo que dexa radiar fexes estrechos en dambos planos. Esti tipu de bocines son afeches pa sistemes de polarización llineal. La so ganancia puede calculase esactamente a partir de les sos dimensiones físiques por ello suelen utilizar como patrones de comparanza nes midíes de ganancia. El diseñu d'una bocina piramidal rique qu'el so gargüelu coincida cola guía rectangular d'alimentación.

Bocina cónica

Utilícense fundamentalmente n'antenes de satélites de fexe global. Son les más fayadices pa utilizar polarizaciones circulares, anque tamién pueden utilizar polarización llineal.

Según la manera d'espardimientu tresmitíu clasifíquense como: bocines de manera dominante, bocines de manera dual y bocines corrugadas.

  • Bocines de manera dominante: se sintoniza a la manera predominante de la guía d'onda circular, la manera TE11.
  • Bocines multimodo: se sintoniza a la manera d'espardimientu TE11 de la onda que s'arrobina pola guía d'onda, xunto a la manera TM11 que ye la siguiente manera d'espardimientu.
  • Bocines corrugadas (o híbrides): afacer a una manera híbrida (HE11), colo que se consigue un anchu de fexe ampliu y simétricu gracies a lo cual el reflector aliméntase uniformemente. Amás con esti tipu de bocines consíguese una polarización más pura.
Bocina con lente dieléctrica
Lentes dieléctriques[editar | editar la fonte]

Definición: Una lente dieléctrica ye un oxetu que nos sirve pa consiguir qu'una onda esférica tresformar nuna onda plana modificando amplitú y fase pudiendo d'esta forma ganar directividad na radiación aumentando la ganancia. De forma similar a les lentes óptiques, una lente dieléctrica ta formada por dos materiales de constante dieléctrica distinta que la so forma xeométrica describe una curva hiperbólica. D'esta manera, podemos consiguir qu'una onda esférica tresformar nuna onda plana consiguiendo asina aumentar la ganancia. Pa ello, ye necesariu que los caminos eléctricos percorríos sían los mesmos pa cualquier posible trazáu de rayos. Una de les principales ventayes del usu d'esti tipu de dispositivos ye poder modificar la distribución d'amplitú, faciéndola más uniforme y aumentando la eficiencia d'apertura del sistema. Una aplicación común de les lentes ye'l so usu a la salida de les antenes de bocina. Por aciu esti dispositivu, una fase aburuyada por esti tipu d'antena puede correxise con una lente asitiada a la salida de l'antena

Gracies a l'usu d'una lente dieléctrica na boca del alimentador d'una antena (bocina), consíguese menguar l'error de fase.

Inxeniería con estes antenes[editar | editar la fonte]

Llume parabólico sobre pedestal[editar | editar la fonte]

Pa distribuciones parabóliques sobre pedestal el modelu de campu d'apertura ye'l siguiente:

Yab(r) = C + (1 - C) [1 - (r / a) 2] n


Llume sobre'l cantu de la parábola (dB)

Nivel del lóbulu secundariu

Radio de l'apertura

colspan=2| Llume nel cantu|| colspan=3| n=1|| colspan=3| n=2||
C (dB) C HP (rad) SLL (dB) Y HP (rad) SLL (dB) Y
-8 0,398 1,12 /2a -21,5 0,942 1,14 /2a -24,7 0,918
-10 0,316 1,14 /2a -22,3 0,917 1,17 /2a -27,0 0,877
-12 0,251 1,16 /2a -22,9 0,893 1,20 /2a -29,5 0,834
-14 0,200 1,17 /2a -23,4 0,871 1,23 /2a -31,7 0,792
-16 0,158 1,19 /2a -23,8 0,850 1,26 /2a -33,5 0,754
-18 0,126 1,20 /2a -24,1 0,833 1,29 /2a -34,5 0,719
-20 0,100 1,21 /2a -24,3 0,817 1,32 /2a -34,7 0,690

Anchu de Fexe a -3dB

Nivel de lóbulu llateral

Eficiencia de llume

Ganancia nestes antenes[editar | editar la fonte]

La ganancia puede calculase como: G =

Diámetru reflector

Eficiencia global

La eficiencia total ye debida a les siguientes eficiencies parciales:

  • Rendimientu de radiación (típicamente'l del alimentador).
  • Eficiencia de llume (o d'apertura).
  • Eficiencia de spillover.
  • Eficiencia por contrapolar.
  • Eficiencia per error na superficie.
  • Eficiencia per bloquéu.
  • Perda por desplazamientos del alimentador.
Eficiencia de Llume aplicando'l modelu de llume parabólico sobre pedestal (n=2)

Eficiencia de Llume:

Son les perdes de ganancia rellacionaes col llume non uniforme de l'apertura.

Eficiencia de Spillover:

Ye la perda de ganancia debida a la radiación del alimentador fuera del ángulu que contién el reflector.

A midida que la ilumnación del cantu crez aumenta la eficiencia d'iluminación pero mengua la eficiencia de spillover.

El puntu óptimo pa la eficiencia Combinada (Llume y Spillover), asítiase típicamente en redol a C=-10dB,-12dB.

Eficiencia combinada

Eficiencia por Contrapolar:

Ye la midida de la perda d'enerxía na que'l componente contrapolar radiada.

Nos sistemes centraos que nun introducen componente contrapolar, esta eficiencia mide les característiques del alimentador.

Eficiencia per error na superficie:

Esta rellacionada coles esviaciones del frente de fase na apertura al respeutive de la onda plana ideal, debíes a aburuyar de la superficie de los reflectores.

Eficiencia per Bloquéu:

Apaez por causa de la porción d'apertura bloqueda por:

  • Alimentador (ó Subreflector).
  • Soportes del alimentador ó del subreflector.

Perda por desplazamientos:

  • Desplazamientu llateral:

El desplazamientu llateral del alimentador causa un apuntamientu del fexe en sentíu contrariu al movimientu del alimentador.

Produzse una cayida de la Ganancia y l'Efeutu de Coma (medría asimétrica nel nivel de los lóbulos secundarios hasta xuntase unu d'ellos col lóbulu principal).

  • Desplazamientu axial:

La variación na posición del alimentador a lo llargo de la exa z produz un error de fase d'orde cuadrático nel campu d'apertura que rellena los nulos de la diagrama de radiación y mengua la ganancia.

Ganancies típiques[editar | editar la fonte]

La ganancia d'una antena reflectora d'apertura circular llógrase como:

La eficiencia total que se suel llograr ye del orde de:

  • Reflector simple centráu: 60 %
  • Sistema Cassegrain centráu: 65 al 70 %
  • Sistema Offset: 70 al 75 %
  • Sistema doble con superficies conformaes pa máxima ganancia: 85 al 90 %

Usu de cada tipu de reflector[editar | editar la fonte]

Antes de definir usos d'antenes con reflector tien de notase que los tipos tendríen d'enunciase faciendo referencia a que toes son antenes "parabóliques" yá que asina queda más claru que son tipos de parabóliques.

  • Antena parabólica de focu primariu Usos:

Televisión, radio y tresmisión de dato Conexión VSAT:

Usos: Recepción de satélite, pero tien un bloquéu del alimentador qu'amenorga la simetría rotacional y amenorga los fexes.

  • Antena parabólica Offset

Usos: Antenes de recepción de satélite * Exemplu 1

  • Antena parabólica Cassegrain

Ye similar a la de Focu Primariu, namái que tien dos reflectores; el mayor apunta al llugar de recepción, y les ondes al topetar, refléxense y van al Focu onde ta'l reflector menor; al topetar les ondes, van al Focu últimu, onde va tar asitiáu'l detector. Suélense utilizar n'antenes bien grandes, onde ye difícil llegar al Focu pal caltenimientu de l'antena. Aplicaciones de radar multifunción:

Aplicaciones militares:

  • Sistema d'antena Multihaz (MBA system)
Antena Multihaz Offset
Antena Multihaz Cassegrain

Les antenes multihaz o sistemes MBA utilícense xeneralmente en sistemes de satélite.

Esti tipu d'antenes tán formaes por arrays d'elementos alimentadores y circuitos de control pa variar la potencia variando o combinando funciones del BFN, d'esta manera se consige xenerar una rede o matriz de fexes (BFN beam-forming network).

Cada elementu del array alluma con una apertura óptica xenerando un fexe, l'anchu de fexe d'un rayu va determináu pol tamañu de l'apertura óptica y la posición. La separación angular de los rayos ta determinada pola separación ente los elementos.

Con esta configuración, los satélites pueden comunicase al traviés d'una sola antena con delles estaciones terrenales xeográficamente esvalixaes.

Esisten dellos tipos d'antenes multihaz, los más importantes y más usaos son:

  • Offset Esti tipu d'antena se obtine retayando de grandes antenes parabóliques de forma esférica, tienen el Focu movíu escontra baxo, de tala forma que queda fuera de la superficie de l'antena, por esta razón, el rendimientu ye mayor que na de focu primariu aportando a d'un 70% aproximao. La diagrama de directividad tien forma d'óvalu.
  • Cassegrain. Estes antenes son similares a les de Focu Primariu, la diferencia ye que tienen dos reflectores; el mayor d'ellos apunta al llugar de recepción y les ondes al topetar, refléxense y van al Focu onde ta'l reflector menor; al topetar les ondes, van al Focu últimu, onde va tar asitiáu'l detector. Suélense utilizar antenes bien grandes, onde ye difícil llegar al Focu pal caltenimientu de l'antena. Amás utilicen un reflector que lleva'l radiador primariu nel focu del mesmu. La direición del fai puede modificar camudando la posición de los elementos radiadores alredor del focu, tien de tenese en cuenta'l bloquéu que producen los radiadores dispuestos en redol a ésti. Por esti motivu ye más útil l'empléu de configuraciones Offset.

Antenes dipolos[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Dipolo (antena)

Un dipolo ye una antena con alimentación central emplegada pa tresmitir o recibir ondes de radiofrecuencia. Estes antenes son les más simples dende'l puntu de vista teóricu.

Tipos básicos d'antenes de dipolo[editar | editar la fonte]

Dipolo curtiu[editar | editar la fonte]

Un dipolo curtiu (o tamién llamáu dipolo elemental) ye un dipolo con un llargor enforma menor que'l llargor d'onda con polarización llineal horizontal o vertical

A 1 MHz de frecuencia'l llargor d'onda ye de 300 m. Poro, la mayoría de les antenes pórtense como dipolo curtiu a frecuencies menores de 1 MHz.


Dipolo de media onda[editar | editar la fonte]

Ye un dipolo bien similar al dipolo curtiu pero nesti casu'l llargor ye igual a la metá de la llargor d'onda.

Dipolo dobláu[editar | editar la fonte]

Un dipolo dobláu consiste en dos dipolos paralelos cortocircuitados nel so estremu. Unu de los dipolos ye alimentáu nel centru por un xenerador.

L'anchu de banda del dipolo dobláu ye cimeru a la del dipolo simple, por cuenta de que les reactancias compénsense y tamién tien una mayor impedancia.

Antena Yagi[editar | editar la fonte]

Una antena Yagi consiste nuna antena de dipolo a la cual añedir unos elementos llamaos "parásitos" pa faelo direccional. Estos elementos pueden ser direutores o reflectores.

Los elementos direutores asítiense delantre del dipolo y refuercen la señal nel sentíu d'emisión.

Los elementos reflectores asítiense detrás del dipolo y bloquien la captación de señales na direición opuesta al receptor.

Log periódica[editar | editar la fonte]
Antena logoperiódica.

Una antena de tipu log periódica ye una antena que los sos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del llogaritmu de la frecuencia d'operación. El diseñu d'estes antenes realizar a partir d'unes ciertes dimensiones como les dimensiones d'un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocíos ye l'agrupación logoperiódica de dipolos.

Arreglos[editar | editar la fonte]

Un arreglu d'antenes ye un conxuntu d'elementos radiantes individuales alimentaos dende un mesmu terminal por aciu redes llineales. De normal suelen ser elementos iguales y cola mesma orientación. Pueden atopase munchos tipos d'arreglos distintos dependiendo de la so clasificación. Les agrupaciones pueden clasificase por casu según:

  • La so xeometría *

La rede * La so aplicación

  • La so Funcionalidad

Inxeniería con estes antenes[editar | editar la fonte]

Log Periódica[2][editar | editar la fonte]

Una antena de tipu logarítmica periódica ye una antena que los sos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del llogaritmu de la frecuencia d'operación. Con una construcción similar a la de l'antena Yagui, solo que les diferencies de llargores ente los elementos y les sos separaciones siguen una variación logarítmica en cuenta de llineal.

La ventaya de l'antena logarítmica sobre la Yagui ye qu'aquella nun tien un elementu escitáu, sinón que recibe alimentación en tolos sos elementos. Con esto consíguese un anchu de banda mayor y una impedancia pareya dientro de toles frecuencies de trabayu d'esta antena.

Funcionamientu: La receptora de la señal o la so rexón activa camuda de cutio dependiendo de la frecuencia, onde na frecuencia más baxa d'operación, l'elementu llargu ye'l resonante y el restu d'elementos actúen como direutores. Na frecuencia más alta, l'elementu más curtiu resona y los otros elementos (más llargos) actúen como reflectores nel centru de la banda de frecuencia.

Antena banda ancha: con dipolos resonando en distintes frecuencies estreches, nuna mesma antena, consiguimos abrir l'anchu de banda de l'antena. Antena multibanda: con dipolos resonando en distintes bandes, podemos obetener una antena capaz de ser multibanda.

Estes antenes pueden aprovir hasta 10 dB más de ganancia qu'una antena de 1/4 d'onda, al empar que pueden atenuar hasta 30 dB fontes d'interferencia provenientes d'otres direiciones. El llargor del elementu horizontal y el númberu d'elementos tresversales determinen l'anchu de banda y la direccionalidad de l'antena.

Utilícense principalmente pa tresmitir señales de TV, FM y pa comunicaciones militares.

Yagi[editar | editar la fonte]

De siguío amuésense tres tipo d'antenes, que la so comparanza ilustra lo común d'estes antenes, y tamién les sos diferencies. Esti tipu d'exerciciu ye'l que los inxenieros tienen de realizar pa escoyer l'antena más fayadiza en cada casu. [3]

Antena Yagi 1044

Esti tipu d'antena tien un anchu de banda del 57 % (canales 21-69) y una ganancia de 16,5 dBi. A la de escoyer una antena un inxenieru tien de tener en cuenta otros conceutos como la descripción de l'antena que se fai de siguío. Estes antenes caracterizar pol diseñu en X d'el so elementos direutor , que facer más curtia qu'una antena Yagi convencional. Esta construcción consigue una elevada inmunidá contra les señales xeneraes pola actividá humana, tales como motores o electrodomésticos; y una perfecta adaptación de impedancias.

Antena Yagi 1443

Esta antena tien un anchu de banda y una ganancia bien similar al exemplu anterior. Ta compuesta por un Plantía:Maltrad angular de dos conxuntos d'elementos direutores dispuestos en V. De la mesma manera que l'antena descrita enantes, esta tamién tien una amenorgaes dimensiones.

Antena Yagi 1065

Esti tipu d'antena, al tener munchos menos direutores y tener un únicu reflector, tien una ganancia enforma menor que les antenes anteriores. Nesti casu la ganancia ye de 9,5 dBi. D'esta manera puede apreciase cuál ye la función de los reflectores y direutores nes antenes de dipolo y cómo estos modifiquen la ganancia de les mesmes.

Dipolo dobláu[editar | editar la fonte]

A la de estudiar esti tipu de dipolos, la corriente que los alimenta suelse descomponer en dos maneres: par (o modo antena), ya impar (o modo línea de tresmisión).

L'analís en manera par ye'l que se realiza cuando se tien en cuenta qu'en dambos brazos hai la mesma alimentación y nel mesmu sentíu. L'analís en manera impar, sicasí, ye'l que se fai teniendo en cuenta un sentíu contrariu de la corriente en cada brazu (dos xeneradores con signos opuestos). Les corrientes totales van ser por tantu la suma de les corrientes topaes en cada manera.

Analís de la manera impar

La manera impar equival a dos línea de tresmisión en cortucircuitu, alimentaes en serie. La impedancia d'una llinia de tresmisión de llargor H, terminada en cortucircuitu ye

La corriente de la manera impar del dipolo dobláu ye

Analís de la manera par

A partir de la siguiente fórmula tópase la corriente de la manera par:

Siendo la impedancia d'un dipolo aislláu, una y bones la impedancia mutua de dos dipolos cercanos tiende a la impedancia d'un dipolo aislláu.

Una vegada topaes les corrientes tantu en manera par como impar, van sumar pa topar la corriente total. La fórmula resultante va ser la siguiente:

L'anchu de banda del dipolo dobláu ye cimeru a la del dipolo simple, por cuenta de que les reactancias compénsense. Tamién hai que tener en cuenta que la relación ente les corrientes del dipolo dobláu y del dipolo aislláu ye , y que la potencia a la entrada de los dos dipolos ye idéntica, deduzse que

A última hora, un dipolo dobláu equival a un dipolo simple con corriente de valor doble, y impedancia 4 vegaes. La diagrama de radiación, sicasí, va ser igual al del dipolo simple.

Arreglos[editar | editar la fonte]

El parámetru fundamental nel diseñu d'un arreglu d'antenes ye'l denomináu factor d'arreglu.

El factor d'arreglu ye la diagrama de radiación d'una agrupación d'elementos isotrópicos.

Cuando les diagrames de radiación de cada elementu del arreglu son iguales y los elementos tán empobinaos na mesma direición del espaciu, la diagrama de radiación de l'agrupación puede llograse como'l productu del factor de array pol diagrama de radiación del elementu.

P'analizar el comportamientu d'una antena iguo suelse estremar l'analís en dos partes: rede de distribución de la señal y conxuntu d'elementos radiantes individuales. La rede de distribución vien definida pola so matriz de impedancias (Z), admitancias (Y) o parámetros de dispersión (S).

P'analizar l'arreglu, escítase un solu elementu y los demás de dexen en circuitu abiertu. Tamién hai munchos casos nos que se debe tener en cuenta lo qu'inflúin los demás elementos na radiación del elementu alimentáu (esto denominar "acoplamientu").

La diagrama de radiación ye'l productu de la diagrama del elementu y del factor d'arreglu. Gracies al factor d'arreglu (valor esguilar) puede analizase la xeometría y la llei d'escitación sobre la radiación.

La fórmula pa topar el campu total radiáu va ser la siguiente:

Factor d'arreglu:

Restu de parámetros:

Arrays de dipolos pa redes GSM/UMTS[editar | editar la fonte]

Acoplamientu ente elementos radiantes[editar | editar la fonte]

De normal una antena asitiar nuna paré o sobre una estructura y munches vegaes arrodiada d'elementos conductores. Les estaciones base de les antenes modernes GSM, inclusive suelen tar compuestes de múltiples antenes por sector, onde ye posible que dos antenes tean tan cerca que pueden interferir na so radiación. El operadores GSM tienen de tener esto en cuenta yá que la ganancia de l'antena puede variar. Esta distorsión puede utilizase al nuesu favor si ye necesariu, a cencielles añediendo dalgún direutor o reflector na área cercana pa consiguir más dBs na direición deseyada.[4]

Aspeutos xenerales rellacionaos cola física de les antenes[editar | editar la fonte]

Influencia de la Tierra[editar | editar la fonte]

La conductividá del terrén ye un factor determinante na influyencia de la tierra sobre l'espardimientu de les ondes electromagnétiques. La conductividá de la superficie de la tierra depende de la frecuencia de les ondes electromagnétiques qu'inciden sobre ella y del material pola que tea compuesta, portándose como un bon conductor a baxes frecuencies y amenorgando la so conductividá a frecuencies mayores.

El coeficiente de reflexón del suelu ye un parámetru rellacionáu cola conductividá ya informa alrodiu de como se reflexen les ondes nél. El so valor depende del ángulu d'incidencia y del material que conforma'l suelu: tierra húmeda, tierra seca, llagos, mares, zona urbana, etc.

Pa un determináu coeficiente de reflexón, la enerxía reflexada pel suelu aumenta a midida que aumenta l'ángulu d'incidencia respeuto de la normal, siendo la mayor parte de la enerxía reflexada cuando la incidencia ye rasante, y teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflexada casi la mesma amplitú que los de la onda incidente.

Nel casu de les antenes, tratándose davezu d'emisión o recepción a grandes distancies, casi siempres esiste una incidencia rasante.

El rayu reflexáu pela tierra puede modelase, dende'l puntu de vista de l'antena receptora, como'l rayu tresmitíu por una antena imaxe de l'antena tresmisora, asitiada sol suelu. El rayu reflexáu percuerre más alloña que'l rayu directu.

L'apariencia de l'antena imaxe ye una imaxe especular de l'apariencia de l'antena tresmisora real. En dellos casos puede considerase que la onda tresmitida dende l'antena real y l'onda tresmitida dende l'antena imaxe tienen aproximao la mesma amplitú, n'otros casos, por casu cuando'l suelu tien irregularidaes de dimensiones similares o mayores que'l llargor d'onda, la reflexón del rayu incidente nun va ser neta.

La distancia percorrida pol rayu reflexáu pela tierra dende l'antena tresmisora hasta l'antena receptora ye mayor que la distancia percorrida pol rayu directu. Esa diferencia de distancia percorrida introduz un desfase ente los dos ondes.

Ver tamién: Redes d'antenes

La figura de la derecha representa un ángulu d'incidencia respeuto de la horizontal bien grande cuando, na realidá, l'ángulu suel ser bien pequeñu. La distancia ente l'antena y la so imaxe ye .

La reflexón de les ondes electromagnétiques depende de la polarización. Cuando la polarización ye horizontal, la reflexón produz un desfase de radianes, ente que cuando la polarización ye vertical, la reflexón nun produz desfase.

La componente vertical de la corriente reflexar ensin camudar de signu, sicasí, la componente horizontal camuda de signu.

Nel casu d'una antena qu'emite con polarización vertical (campu eléctrico vertical) el cálculu del campu eléctrico resultante ye'l mesmu qu'en radiación d'un par d'antenes. La resultancia ye:

La inversión de signu pal campu paralelo solo camuda un cosenu nun senu:

Nestos dos fórmules:

  • ye'l campu eléctrico de la onda electromagnética radiáu pola antena si nun hubiera la tierra.
  • ye'l númberu d'onda.
  • ye la llargor d'onda.
  • ye l'altor de l'antena.

Antenes en recepción[editar | editar la fonte]

Los distintos tipos d'antenes y la so irradiación.

El campu eléctrico d'una onda electromagnética induz una tensión en cada pequeñu segmentu del conductor d'una antena. La corriente que circula na antena tien que travesar la impedancia de l'antena.

Utilizando'l teorema de reciprocidá puede demostrase qu'el circuitu equivalente de Thévenin d'una antena en recepción ye'l siguiente:

Circuitu equivalente

  • ye la tensión del circuitu equivalente de Thevenin.
  • ye la impedancia del circuitu equivalente de Thevenin y ye igual a la impedancia de l'antena.
  • ye la resistencia en serie de la impedancia de l'antena.
  • ye la ganancia de l'antena (la mesma que n'emisión) na direición d'onde vienen les ondes electromagnétiques.
  • ye'l llargor d'onda.
  • ye'l campu eléctrico de la onda electromagnética incidente.
  • ye l'ángulu que mide'l desalineado del campu eléctrico cola antena. Por casu, nel casu d'una antena formada por un dipolo, la tensión inducida ye máxima cuando'l dipolo y el campu eléctrico incidente tán alliniaos. Si nun lu tán, y que formen un ángulu la tensión inducida va tar multiplicada por .

El circuitu equivalente y la fórmula de la derecha son válidos pa tou tipu d'antena: que seya un dipolo simple, una antena parabólica, una antena Yagi-Uda o una rede d'antenes.

He equí tres definiciones:

El corolariu d'estes definiciones ye que la potencia máxima qu'una antena puede estrayer d'una onda electromagnética depende puramente de la ganancia de l'antena y del cuadráu de la llargor d'onda (λ).

La intensidá de radiación ye la potencia radiada por unidá d'ángulu sólidu.

Referencies[editar | editar la fonte]

  • Antenes. A. Cardama, L. Jofre, J.M. Rius, J. Romeu, S. Blanch, M. Ferrando. Edicions UPC ISBN 84-8301-625-7
  • Antenna Theory: Analysis and Design (John Wiley & Sons, 2005) by Constantine A. Balanis
  • Introducción a la teoría d'antenes
  • Radiocomunicaciones, Cursu con cientos d'entrugues y exercicios prácticos de autoevaluación pal diseñu prácticu de radioenlaces, Francisco Ramos Pascual, 2007.

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Notes[editar | editar la fonte]

  1. "Salven: Cradle of Wireless, How Marconi Conducted Early Wireless Experiments in the Swiss Alps", Fred Gardiol & Yves Fournier, Microwave Journal, February 2006, pp. 124-136.
  2. http://www.upv.es/antenes/
  3. Televés
  4. Applied Electromagnetics and Communications, 2003. ICECom 2003. 17th International Conference

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]


Antena