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6. Agrupaciones de Antenas
Rubén Canga
Agrupaciones de Antenas
A la hora de realizar la difusión de una señal de radio, para dar cobertura a un núcleo determinado de población, es muy útil modificar el lóbulo de radiación de la antena con la finalidad de orientar el máximo de señal a dicho núcleo.
En otras ocasiones, puesto que la señal de radio en las frecuencias habituales de FM y TV se propaga en línea recta, puede ser necesario inclinar el lóbulo de radiación, en función de la altura del centro emisor y la zona de cobertura para optimizar la señal en los puntos deseados.
Para poder hacer esto de manera efectiva utilizamos las agrupaciones de antenas (arrays).
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Los arrays son antenas compuestas por un número de radiadores idénticos ordenados regularmente y alimentados para lograr un lóbulo de radiación, pueden ser lineales, planos y conformados.
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El funcionamiento de un array se basa en la interacción de las radiaciones de los distintos elementos que forman el array, haciendo que las “interferencias” de los campos
radiados por cada elemento nos proporcione el diagrama de radiación deseado.
Para lograr esto vamos a combinar variaciones de dos parámetros:
La distancia entre elementos del sistema.
La fase y amplitud de alimentación de cada uno de ellos.
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Agrupaciones de Antenas Lineales
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Agrupaciones de Antenas Planas
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Agrupaciones de Antenas Conformadas
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Agrupaciones de Antenas
El array más sencillo es aquel que consta de dos radiadores iguales alimentados en fase con igual amplitud.
Ambos radiadores producirán ondas que se sumarán en determinadas direcciones y se restarán en otras.
Se producirá “interferencia constructiva”, cuando la
diferencia de caminos sea múltiplo de λ siendo la amplitud de la señal el doble.
Cuando la diferencia de fase sea un múltiplo de π impar la interferencia será destructiva.
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Si la separación entre radiadores es 0, no hay desfase y la señal se radia en todas direcciones.
Si los radiadores están separados 1/2 λ se producirá un máximo en la dirección perpendicular al eje, estarán en fase, y un nulo en la dirección del eje, ya que las señales estarán en oposición de fase. (1/2 λ = 180º)
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Si la separación de radiadores es λ, producirá un máximo de radiación en la dirección del eje y perpendicular a él, señales en fase, y un nulo en el ángulo en que estén desfasadas λ/2, en este caso 60º.
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Cuando la diferencia de fases es de - 90º y la separación es de 1/4 λ, las señales se suman en fase en la dirección del eje Z y en contrafase en el eje - Z.
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Cuadro resumen diagramas de radiación de dos elementos con igual amplitud con variación de distancia de separación entre elementos y fase de alimentación.
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El número de máximos de radiación depende de la separación de las antenas. Si la separación es menor de 1/2 λ, aparece un solo máximo.
Si la separación es tal que d > λ, parece más de un máximo.
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También para una separación constante y mayor número de elementos, la agrupación tiene mayor dimensión y por lo tanto aumenta la directividad, mayor ganancia, lóbulo de radiación más estrecho.
Aumento de doble elementos, incremento de la ganancia 3dB.
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Agrupaciones con fase variable, endfire, broadside. Distancia entre elementos constante, variación fases de alimentación.
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Las agrupaciones más comunes para la difusión de radio y televisión son las agrupaciones lineales.
Estas agrupaciones pueden estar alimentadas a partir de un extremo y los siguientes son desfasados el mismo ángulo. Su máxima radiación está en el eje de la agrupación.
Este tipo de agrupamiento es el denominado endfire. El ejemplo más conocido, la antena Yagui-Uda.
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Cuando la agrupación se alimenta en paralelo, con todos los elementos en fase, la máxima radiación es perpendicular al eje de la agrupación que se denomina Broadside.
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A la hora de instalar el sistema radiante, tenemos que tener perfectamente identificados todos los cables (feeder) de alimentación con el fin de no cambiar de ubicación ninguna de las fases de los latiguillos y evitar así cualquier variación no deseada del cálculo del sistema radiante.
Todos los latiguillos, en función del factor de propagación, tendrán una longitud determinada dependiendo del dipolo que tengan que alimentar.
Estos latiguillos suelen venir de fábrica ya cortados y testeados con sus conectores, para asegurar al máximo el ajuste de la fase de cada uno de ellos.
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Agrupaciones de Antenas
Para identificar donde y como van ubicados los distintos elementos del sistema radiante ( SS.RR.), se suelen marcar de la siguiente manera:
Antenas y paneles de FM y TV. Se enumeran por caras ypor pisos, comenzando por el piso superior.
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Latiguillos. Se enumeran con el mismo código que la antena a la que alimenta, conectando cada antena al distribuidor que le corresponda.
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Ejemplo marcado cables de telefonía móvil.
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Agrupaciones de Antenas Como decíamos al principio, a la hora de diseñar el
sistema radiante hay que tener en cuenta el área de servicio y la altura donde se sitúa el centro emisor, la altura media del terreno y los niveles de señal que se precisan, según sea entorno rural, ciudad, gran ciudad, o que simplemente tenemos autorizados según el PRA de la concesión.
En el caso de estaciones de onda corta, hay que dar el ángulo necesario y dirección para, utilizando la atmósfera como reflector, dar cobertura al área deseado.
Será necesario darle “inclinación eléctrica” de manera que el lóbulo de radiación no se pierda en el horizonte si no que se dirija el máximo de señal en las direcciones necesarias hacia el área de cobertura.
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Medida del ángulo de apertura del haz, -3dB
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La calidad de los componentes del sistema radiante, dipolos, líneas de Tx, distribuidores y conectores es fundamental para optimizar al máximo el rendimiento del sistema.
Es por ello que hay que comprobar minuciosamente cada componente del sistema antes de instalarlo para lograr que el resultado sea el óptimo y deseado.
El sistema radiante presentara una adaptación diferente en función del tipo de antenas que utilicemos y de los elementos del entorno.
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Dependiendo del tipo de antena los valores de ROE pueden oscilar entre:
Valores válidos para latiguillos de repartición del sistema:
Valor de adaptación de cada latiguillo ≤ -30 dB.
Tolerancia de la medida de fase ± 2º.
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Valores de los distribuidores que componen el sistema estando sus bocas cargadas con 50Ω:
Valor de adaptación de cada distribuidor ≤ -30dB.
Valores de los cables principales de alimentación del sistema:
Valor de adaptación del cable coaxial ≤ -30dB. Tolerancia de la medida de fase de cada cable ± 2º.
Valor de adaptación total del sistema entre -19dB y -22dB.
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Para finalizar, comentar que en la actualidad con los avances informáticos y basándose en lo que hemos visto, existen “antenas inteligentes” que son capaces de ir modificando su lóbulo de radiación para ir siguiendo por ejemplo un objeto móvil, aplicaciones en radar y telefonía.
También existen agrupaciones basadas en la interferometría, consistente en combinar la señales de varios reflectores parabólicos separados entre si gran distancia para obtener como resultado, una antena de dimensiones equiparable a las distancias de separación de cada elemento, logrando una altísima ganancia. Se utiliza sobre todo en radioastronomía.
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Bibliografía del curso.
Transmisión por Radio*. Jose María Hernando Rábanos.
Editorial Universitaria Ramón Areces.
Antenas*. Ángel Cardama Aznar, Lluís Jofre Roca, Juan Manuel Rius
Casals,Jordi Romeu Robert,Sebastián Blanch Boris.
Ediciones UPC, Universidad Politécnica de Cataluña.
Las Antenas. R.Brault y R.Piat.
Editorial Paraninfo.
Cálculo de Antenas Armando García Dominguez.
Editorial Marcombo
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Bibliografía del curso.
Manual de Comunicaciones por Radio*. R.Harold Kinley.
Ediciones Ceac.
Sistemas de Comunicaciones*. Heathkit Educational System. Heath Company Benton Harbor,
Michigan.
Editado por Comercial A.Cruz S. A. Montesa 38 Madrid.
Electrónica de Comunicaciones. Manuel Sierra Perez, Belén Galocha Iragúen, Jose Luis
Fernandez Jambrina, Manuel Sierra Castañer. Universidad Politécnica de Madrid.
Editorial Pearson.
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Bibliografía del curso.
Postgrado Especialista Universitario en Telecomunicaciones. Profesorado: Gloria María Torralba Collados, Vicente Gonzalez Millán,
Julio Martos Torres, Enrique J, Sanchis Peris, Jesus Soret Medel, Nestor García García.
Universidad de Valencia.
Recursos de Internet. http://www.upv.es/antenas/, página de la universidad de Valencia.
http://miguel-ferrando.blogspot.com/, blog dedicado a las Antenas, catedrático de la Universidad de Valencia.
http://webs.uvigo.es/servicios/biblioteca/uit/body.htm, recomendaciones UIT, Universidad de Vigo.
http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/, Universidad de Madrid.
http://personal.us.es/murillo/ Profesor de la Universidad de Sevilla.
http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada.
http://www.mityc.es/telecomunicaciones/es-ES/Paginas/index.aspx.
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Bibliografía del curso.
Recomendaciones UIT UIT – R BS.412-9-1998 , Planificación de Radio difusión sonora en
FM, ondas métricas.
UIT – R BS. 1698 -2005 Evaluación de Campos sistemas Tx.
UIR- R P.453-9 -2003 Índice de refracción radioeléctrica.
Catálogos, notas técnicas y manuales de distintos fabricantes disponibles en Internet: RVR, Harris,Nautel, Vimesa, Icom.
Rymsa,Moyano,Televés.
Exir broadcasting, Spinner, Andrew, RFS.
Crushcraft, Mosley.
Rohde and Schwarz, Tektronics, HP.
Audemat, Axel, Orban.
Dehnventil.
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