antenas y líneas transmision para rtv

I.E.S. VALLECAS I Ciclos Formativos

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ANTENAS Y LÍNEAS TRANSMISION PARA RTV

¿CÓMO FUNCIONAN LAS ANTENAS?

Es la parte de un sistema de transmisión o recepción diseñado para radiar o recibir ondas electromagnéticas

La antena es el dispositivo físico (transductor de energía eléctrico en electromagnética, o viceversa) que sirve de interfaz entre las ondas electromagnéticas guiadas por el cable o la guía-onda y el espacio libre o el aire.

El principio fundamental de una antena se basa en la asociación en paralelo de un condensador y una bobina, conocido como circuito resonante paralelo o circuito tanque

Antena en transmisión: Dispositivo que convierte la energía de la señal

del circuito alimentador en una onda electromagnética que se propaga por la atmósfera.

La potencia de la onda generada estará distribuida sobre distintas zonas (direcciones) del éter.

Antena en recepción (dual de la antena en transmisión) Dispositivo que convierte la energía de una onda

electromagnética incidente en la antena en una señal sobre un determinado circuito.

La señal captada que se genera en el circuito dependerá de la zona del espacio (dirección) por la que llega la energía

Las Antenas no pueden crear potencia, sólo pueden direccionarla.


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Los campos eléctrico y magnético transportan la señal en el medio de propagación, por lo

que es necesario garantizar su máxima transferencia hacia el exterior.

Esta característica será la principal diferencia entre un circuito tanque y una antena, ya que en un circuito tanque el campo eléctrico está encerrado entre las armaduras del condensador, y para poder radiar dicho campo eléctrico se tendrá que modificar su forma física.

Algo similar sucede con el campo magnético, que originalmente se encuentra concentrado en las proximidades del eje de la bobina.

Para que el campo eléctrico entre en contacto con el medio de propagación y se difunda por él, se separan los armaduras del condensador y se alinean con lo bobina.

De esta forma, recorrerá un espacio mucho mayor para llegar desde una placa del condensador hasta la otra. Al tener una mayor exposición al aire, una parte del campo eléctrico será emitida al exterior.

Se puede decir que una antena es como un circuito tanque en el que se han separado las armaduras del condensador y se ha estirado el hilo de la bobina.

Aunque se modifique su forma, el sistema continúa comportándose como un circuito resonante paralelo, por lo cual la cantidad de energía transferida estará relacionada con la frecuencia.

La antena de nuestro ejemplo funciona como un filtro paso banda. Muestra una curva de respuesta en frecuencia típica de campano de Gauss y, dentro de esta, una frecuencia de resonancia a la que se producirá la máxima radiación. Esta frecuencia de resonancia dependerá directamente de la longitud de la antena.

Por lo tanto, una antena se puede construir simplemente con un hilo conductor que tenga la longitud adecuada para la frecuencia de la señal que queramos emitir o recibir.

La antena puede reemplazarse por un generador de tensión de impedancia interna igual a la impedancia de entrada que tendría si se la usara como emisora.

La tensión del generador Vg depende, entre otros factores, de la resistencia de radiación.


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La radiación puede ser un efecto buscado (p. ej. una antena) o no (p. ej. puede causar

problemas en la realización de circuitos de RF, provocar un aumento excesivo de atenuación en líneas no blindadas, etc.).

Sin embargo, normalmente se utilizan antenas formadas por un mayor número de elementos. Con estos elementos complementarios se adaptan las características de la antena a nuestras necesidades, haciendo que trabaje mejor en una determinada dirección o que reciba un mayor número de canales, (un ejemplo de ello son las antenas de TV terrestres). PARÁMETROS DE UNA ANTENA

Como cualquier otro componente electrónico, la antena presenta una serie de parámetros característicos que determinan su modo de trabajar A partir del análisis de estos elementos, se podrá entender mejor el funcionamiento de la antena, así como efectuar la elección correcta del modelo según la aplicación.

Los parámetros más importantes de una antena son:

• Frecuencia de resonancia • Apertura de haz. • Ancho de banda • Relación delante-detrás. • Impedancia. • Rendimiento. • Directividad. • Carga al viento. • Ganancia.

A. Frecuencia de resonancia

Es la frecuencia para la que se anulan las componentes reactivas de la antena, presentando únicamente componente resistiva.

La transformación de energía eléctrica en ondas electromagnéticas (o viceversa) es máxima, por lo que esta frecuencia es la que mejor se emite o se recibe por la antena. La frecuencia de resonancia depende del tamaño de la antena: cuanto más pequeña es la antena, mayor es la frecuencia.

Debemos saber…. No existen diferencias importantes entre una antena emisora y otra receptora,

ya que el principio de transformación es reversible, Si a una varilla metálica se le aplica un campo electromagnético, se creará en ella una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de dicho campo. Las diferencias reales se deben a que para emitir señales, La antena está construida con materiales de grosor suficiente para disipar la potencia que se aplica. Asimismo, las antenas emisoras siguen procesos complejos de fabricación y se someten a controles de calidad muy estrictos.

La radiación puede definirse como energía en circulación de un lugar a otro.

Frecuencia de resonancia y ancho de banda de una antena.


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B. Ancho de banda.

Como cualquier otro filtro, la antena no reacciona únicamente a la frecuencia de resonancia. Las frecuencias cercanas a aquella también son transferidas, aunque no se aprovecha tanto.

Por esta razón se determina el margen de frecuencias que se considera válido en el funcionamiento de la antena. El límite es el 70 % de las frecuencias radiadas. Expresadas en modo logarítmico, las frecuencias válidas son aquellas cuyo nivel desciende con respecto al máximo menos de 3 dB.

Las antenas sencillas presentan un ancho de banda

de tipo gaussiano, en forma de campana. Sin embargo, a menudo interesa obtener una curva de respuesta en frecuencia con mayor planicidad, que transmita de modo más lineal los diferentes canales de una banda de frecuencias.

Para conseguir este efecto se utilizan antenas más complejas, que permiten aumentar considerablemente el ancho de bando y la planicidad de su respuesta en frecuencia. Se diseñan incluso antenas que, dentro de su banda de trabajo, captan mejor unas frecuencias que otras, lo que permite compensar las mayores pérdidas que puedan tener esas señales durante la distribución hasta el usuario.

La Figura muestra la respuesta de una antena compensada para recibir mejor las frecuencias más altas.

Ancho de banda 2D ANTENA

ANTENA 3D

Importante Algunas antenas incorporan extensores móviles en los extremos de las

varillas. Estos elementos permiten modificar la longitud efectiva de la antena y facilitan el ajuste de la frecuencia de resonancia con el canal en que se desea emitir o recibir.


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Puede ser descripto en términos de

porcentaje respecto a la frecuencia central de la banda:

fH es la frecuencia más alta de la banda, fL es la frecuencia más baja, y fC es la frecuencia central. De esta forma, el ancho de banda porcentual es constante respecto a la frecuencia central. Los diferentes tipos de antenas tienen variadas limitaciones de ancho de banda. C. Impedancia

Todos los materiales (conductores, aislantes, etc.) ofrecen una cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Una parte de dicha resistencia es propia del material y tiene un valor fijo. Otra depende del tamaño y la forma del elemento en cuestión, y su valor varía en función de la frecuencia de la señal que lo atraviese.

La impedancia es mínima a la frecuencia de resonancia y por eso se obtiene una mayor efectividad. Cuando nos apartamos de esta frecuencia, la impedancia aumenta y la antena pierde parte de su rendimiento. Como cualquier otra resistencia, se mide en ohmios.

Z = Ohmios. L = Henrios. C = Faradios.

D. Directividad

A menudo interesa que la antena no reaccione igual en todas las direcciones: por ejemplo, si se quieren evitar interferencias de señales recibidas de lugares con diferente orientación. Para ello se utilizan antenas diseñadas de tal forma que su recepción no sea uniforme.

Impedancia Es la oposición que presenta una antena ante el paso de la señal eléctrica aplicada.

Debemos saber… Para obtener una buena transferencia de energía entre dos equipos es

fundamental que ambos tengan la misma impedancia característica. En el caso de las instalaciones para recepción y distribución de señales de radio y televisión, se ha estandarizado el valor de 75 Ω como referencia, por lo que las antenas, los cables, los amplificadores, etc., están construidos de forma que sus entradas y salidas presenten esa impedancia.

resistiva. parte la desprecia SeCL = Z0


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En estas antenas aparecen, tradicionalmente, direcciones en las que se favorece la

radiación, a costa de reducirlo en el resto. Para representarlo se mide la cantidad de señal emitida (o recibida) en diferentes ángulos verticales y horizontales, trazando un diagrama polar con los resultados en cada plano, que se denomina diagrama de radiación. El diagrama de radiación representa:

La forma en que se capta la energía de las diferentes zonas del espacio en recepción.

La forma en que se distribuye la energía en el espacio en transmisión.

Se puede definir como la amplitud normalizada de campo radiado para una dirección del espacio dada

El diagrama es exactamente el mismo en trasmisión y recepción

Representación gráfica de diagramas

Representación tridimensional Corte seccional


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Representación de un corte en polares Representación del corte en cartesianas

E. Ganancia

Como la antena es un elemento pasivo, no es posible que se produzca una señal radiada mayor de lo que se le aplica. Esto significa que, en realidad, una entena nunca puede tener ganancia absoluta.

Sin embargo, es necesario modificar la antena para concentrar la potencia radiada en una sola dirección, por lo que la señal emitida en este eje será superior a la que se radiaría con una antena omnidireccional.

Este concepto, llamado ganancia directiva, se utiliza en antenas. Se expresa por comparación respecto de una antena isotrópica y representa la cantidad de señal radiada o recibida desde lo dirección en le que se produce el máximo rendimiento.

La ganancia de una antena disminuye a medida que nos alejamos de la frecuencia de resonancia, así como si se mide en ángulos diferentes al de máxima radiación.

Para comprender la idea de ganancia de una antena primero debemos entender un concepto básico:

La experiencia nos muestra que, cuando un generador radia una potencia (Pt) uniformemente distribuida en todas las direcciones del espacio que le rodea, a una distancia r de la misma, tendremos una densidad de potencia (Pr) de valor: (Emisión).

2..4Pr

rPtπ

=

Antena Isotrópica. Físicamente esta antena no existe. Se define como una antena puntual que radia energía uniformemente en todas direcciones. El flujo de energía en la unidad de tiempo y por unidad de área es conocido como, Densidad de Potencia [Watts / m2]. Este vector solo tiene componente radial para una fuente puntual. Teorizamos que su diagrama o patrón de radiación es una esfera.

Un ejemplo de lo que se aproxima a una antena isotrópica es la luz producida por una bombilla, que se proyecta en todas direcciones con la misma intensidad, excepto en la base de la bombilla.

Una fuente isotrópica radia su potencia uniformemente en todas direcciones.


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Lo que equivale a decir que la energía radiada se encuentra igualmente distribuida sobre una esfera virtual cuyo centro es la propia fuente generatriz. Esta energía decrece con la distancia al transmisor.

La densidad de potencia radiada (Pr) en un punto del espacio es proporcional al cuadrado de la intensidad de campo eléctrico (E) en ese mismo punto y viene dada por la fórmula: (Recepción).

π120Pr

2E=

Pr es la densidad de potencia radiada en W/m2 y E la intensidad de campo eléctrico que

se mide en V/m. A título de ejemplo, una intensidad de campo de alrededor de 300 µV/m es suficiente para una recepción satisfactoria de TV en zonas rurales, por el contrario sería necesario tener al menos 1.500 µV/m para obtener los mismos resultados en una zona urbana, habida cuenta de la influencia parásita de los ruidos industriales.

Podemos definir la ganancia de una antena dada como el cociente entre la cantidad de energía irradiada en la dirección delantera y la que irradiaría una antena isotrópica alimentada por el mismo transmisor. Este número lo expresamos en decibelios con relación a la isotrópica y por ende se denota en dBi. La Ganancia Directiva D (o directividad) de una antena, se obtiene mediante la relación:

La ganancia de una antena es el producto de la directividad (determinada exclusivamente por factores geométricos) y la eficiencia de la antena, que depende del material de la que está construida y de las imperfecciones de manufacturación. La eficiencia de la antena se suele expresar con la letra griega eta (η) y varía normalmente entre 40 y 60%. F. Apertura de haz

La apertura de haz o ancho del haz: Es el ángulo subtendido por la radiación emitida entre los puntos en que la potencia disminuye a la mitad, (3 dB) respecto a la radiación máxima

Usando el diagrama de radiación en la figura anterior, podemos determinar la cobertura

espacial donde la antena ofrece buena cobertura. El ángulo entre los puntos de media potencia es conocido como apertura de haz o ancho del haz “beamwidth” en inglés y se define tanto para el plano horizontal como para el plano vertical.


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Cuanto mayor es la directividad de la entena, más pequeña es la apertura de haz de la

misma, por lo cual existe una relación inversa entre la ganancia y la extensión de la cobertura. G. Relación delante-detrás

Es la relación de ganancia entre el lóbulo principal y posterior.

Relación delante-detrás (D/A) =PopPmlog10 ó Gananciadelantera dB – Gananciatrasera dB.

Pm: Energía máxima en la dirección de propagación. Pop: Energía irradiada hacia atrás.

Este parámetro ayuda a valorar el rechazo de la antena ante señales que provienen de

direcciones diferentes a la principal. Se expresa en decibelios. H. Carga al viento

Se trata de un parámetro puramente físico que evalúa la resistencia que presentará la antena ante el viento una vez montada en el mástil.

Es necesario tener en cuento este parámetro (que se expresa en kilogramos) en el momento de elegir el mástil adecuado para soportar la antena, así como determinar el orden de ubicación en el caso de mástiles con varias antenas. ANTENAS PARA RADIO Y TELEVISIÓN TERRESTRE

Existen numerosas características identificativas de las antenas, y a causa de ello, muchos modelos diferentes. En realidad, hay muchos tipos de antenas, razón por la que un estudio exhaustivo excede de las pretensiones de estos apuntes. Sin embargo, resulta interesante conocer aquellas que se pueden encontrar con mayor frecuencia en de radio y televisión.

Debemos saber….. A partir del dipolo simple, se pueden construir antenas más complejas.

Algunos fabricantes modifican as varillas (dándoles forma de V, por ejemplo). También se pueden asociar varias antenas o añadirles varillas cercanas que, colocadas a una determinada distancia del dipolo, modifican su funcionamiento, como se vera en el próximamente.


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Dipolo simple o de Hertz

La antena básica por excelencia es el dipola de Hertz, bien utilizada directamente o como base de antenas de mayor complejidad.

Se trata de una antena resonante a λ/2, por lo que su longitud coincide con este valor. Para facilitar la alimentación, se divide en dos secciones iguales y se aplica la señal en los extremos interiores de las varillas.

Esta antena es muy fácil de construir en una variedad de frecuencias. Está formada por dos trozos de material conductor, cada uno de un cuarto de longitud de onda. Si se conecta a la línea de alimentación por el centro, la distribución de corriente y de voltaje es simétrica y ofrece una impedancia de 72 ohmios (75Ω). Es fácil ver que la corriente en los extremos debe ser cero y como la corriente y el voltaje están defasados 90º, el voltaje en cambio es máximo en los extremos. Este tipo de antena forma la base de muchos otros, y puede utilizarse para polarización horizontal o vertical, dependiendo de como se disponga.


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Comportamiento del dipolo para longitudes diferentes de λ/ 2

Si la línea de transmisión se abre en otro punto que sea múltiplo de λ/4, también se darán las condiciones de que se transforme en un sistema irradiante y podemos diseñar de esta forma antenas con longitudes que sean múltiplos de λ/2 . En este caso, se darán diferentes distribuciones de corriente para el campo magnético y de tensión para el campo eléctrico, para cada uno de estos múltiplos y recibe el nombre de comportamiento armónico de la antena cuando la dirección de la corriente se invierte en cada sección alternada correspondiente a λ/2 .

En la Figura, las flechas indican el sentido temporal de desplazamiento de la corriente en la antena y su magnitud representada por líneas segmentadas. En lo que respecta a la tensión ocurre de manera similar, excepto que lo hace con un ángulo de fase de 90º en el tiempo.

Para una longitud básica de L = λ/2 y múltiplos impares de λ/2 habrá un máximo de corriente en el centro de la antena y será mínimo para múltiplos pares, inclusive para 2L= λ/2 dado que en los dos tramos básicos la corriente tiene el mismo sentido y por lo tanto no es una antena armónica, sino que realmente tenemos dos antenas de media onda operando en fase en frecuencia fundamental y en un arreglo colineal de dipolos (puntos que se encuentran en el mismo conductor), cada uno alimentado en un extremo.

Magnitud y sentido de las corrientes para antenas de diferentes longitudes múltiplos de λ/2 alimentadas en el centro.

Cuando una antena es de longitud de un múltiplo par de media longitud de onda, la distribución de la corriente y por consiguiente, la forma de radiar, dependerán del punto de alimentación.

La longitud de onda en una línea de transmisión es menor que la longitud de onda en espacio libre por el cambio de la velocidad de propagación de la onda respecto al espacio libre o vacío.

De manera similar, una antena tendrá su propia longitud de onda física que será menor a la longitud de onda eléctrica que opera en el espacio libre, provocada por su cercanía con suelo y otros medios conductores, también los soportes y la torre de contención que introducen capacitancias que afectan la velocidad de la onda en la antena.

Importante El tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de la

señal de radiofrecuencia transmitida o recibida, debiendo ser, en general, un múltiplo o submúltiplo exacto de esta longitud de onda


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Dipolo plegado

Es una variante de la antena de media onda, en la que se unen los extremos exteriores del dipolo can una sección de varilla paralela al mismo de forma que el resultado es un dipolo de λ/2 can una sola varilla doblada y abierta en la zona inferior

Las características fundamentales de la antena de media onda se mantienen, excepto el ancho de banda, que resulta más elevado, y la impedancia, que se ve incrementada hasta 300Ω.

Comparado can el dipolo simple, el dipolo doblado es mucha más robusto y soporta mejor la fuerza del viento. Es muy utilizado en televisión.

Antena Marconi

Cuando se precisa una antena de pequeño tamaño, se puede utilizar loa antena Marconi. En realidad, está formado por una de las dos varillas de la antena de Hertz, mientras que la otra se ha sustituido por un plano conductor colocado perpendicularmente a ella, por lo que la antena resuena a un cuarto de la longitud de onda.

Para las ondas electromagnéticas, el efecto de este plano conductor que puede ser continuo, formado por varillas metálicas radiales, o por el propio suelo) es el de un espejo. Las señales radiadas desde la antena hacia lo zona inferior son reflejadas en el plano de tierra, reorientándose por reflexión en la misma dirección que si hubieron sido generadas por la sección del dipolo que ha sido eliminada.

De este modo se dispone de un dipolo cuya mitad inferior es «virtual», que representa una buena alternativa para generar o recibir señales de polarización vertical. Sus características son básicamente las mismas que las del dipolo simple.


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Antena Resonante

Es un tipo especial de antena de varilla o telescópica vertical, que se distingue por tener sensibilidad incrementada en una banda de frecuencia únicamente. Consiste en una varilla vertical cuya longitud es aproximadamente un cuarto de la longitud de onda a que está sintonizada. Inmediatamente debajo se halla el aislador, un sistema de 4 radios, colocados en ángulo recto entre sí y horizontalmente. Esto forma un plano de tierra artificial. Los radios tienen las mismas dimensiones que el radiador vertical. Se conecta un cable coaxial al receptor entre el punto de alimentación del radiador y la intersección de los radios.

El conductor interior del cable coaxial se conecta a la entrada de antena del receptor, en tanto que la trenza de apantallamiento se inserta en el enchufe de tierra. Este tipo se conoce como antena de polarización horizontal. Es sensible a las señales que vienen de todas las direcciones.

Para obtener resultados óptimos, las longitudes de todos los elementos debe ser un 3% más cortas que un cuarto de la longitud de onda a la que está sintonizado el sistema. Para hallar la longitud correcta en el caso de que solamente se conozca la frecuencia de la emisora, procédase como sigue: calcúlese primeramente la longitud de onda (en metros) sirviéndose de la fórmula:

Longitud de onda (m) = 300 / frecuencia (MHz)

En el caso de que quisiera la antena para 15,30 MHz, la longitud de onda resultaría ser 19,61 metros. 1/4 de esto es 4,9 metros. La longitud exacta de cada elemento de la antena se calcula con un 3% menos de 4,9 metros, lo que da 4,75 metros

La antena de polarización horizontal puede ser alimentada por medio de un cable de 50 ohmios. Se obtiene la adaptación óptima entre el cable alimentador y la antena cuando los radios están curvados hacia abajo, hasta que forman ángulos de 120 grados con el radiador vertical. La pantalla exterior del cable coaxial no se conecta normalmente a tierra. Antena bicónica

Otra variante del dipolo plegado es la antena bicono; las varillas se unen a dos anillos aislantes formando dos conos. Se utiliza con polarización vertical y el eje de los conos permanece vertical.

La resistencia de radiación R es tanto menor cuanto mayor es el ángulo de abertura de los conos. Cuando el ángulo es de 20º tenemos una R = 300 Ω.

Esta antena es resonante cuando la generatriz de cada cono tiene una longitud de onda de 0,365 λ; este valor es independiente de la abertura de los conos. La característica de radiación de la antena bicónica es comparable a la del dipolo simple; constituye una buena antena de emisión sobre una banda de paso bastante ancha, especialmente cuando la potencia suministrada es débil.


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Antena logarítmica periódica

La antena log-periódica es multibanda, es decir, una antena que se puede emplear para varias bandas de frecuencia. No existe un solo modelo, sino más bien una gran serie de versiones de antenas log-periódicas, caracterizadas por una ganancia media de 6 a 10 dB y una radiación unidireccional o bidireccional.

Esta antena dipolo logarítmica se representa en la figura. Observamos que hay una regularidad en la estructura de los diferentes dipolos alimentados por la misma línea. Las separaciones consecutivas entre dipolos R1, R2, etc., así como sus longitudes consecutivas l1, l2, l3, etc., son tales que:

4

3

3

2

2

1

4

3

3

2

2

1

l

l

l

l

l

l====== τ

RR

RR

RR

Siendo el número (τ) ligeramente menor que l. Las líneas que unen los extremos de los dipolos forman un ángulo (α) cuyo valor típico es de 30º. Las frecuencias máximas y mínimas vienen determinadas por las longitudes del último y primer dipolo; el dipolo de máxima radiación es el correspondiente a la longitud de onda utilizada.

La impedancia de entrada de la antena, dibujada sobre un gráfico logarítmico, en función de la frecuencia, es una curva con variaciones periódicas; de aquí el nombre de la antena.

La resistencia de radiación es de 75Ω, que corresponde a la resistencia de un dipolo

Ejemplos de antenas logarítmicas:

L5 L6 = Longitud del dipolo. R5 R6 = distancia al origen desde el dipolo menor.

1/ += nn llτ


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Antena de cuadro

La antena de cuadro o espira circular, en su forma más sencilla están formadas por un arrollamiento plano de alambre en forma rectangular o circular. Sus dimensiones son muy pequeñas con respecto a la longitud de onda; la corriente es entonces idéntica a lo largo del cuadro.

La intensidad de campo eléctrico

(E) a una distancia (d), de una antena de cuadro, viene dada por la siguiente relación:

θλ

π cos1202

2

IANd

E =

Siendo: N:_ Número de espiras. A:- Superficie del cuadro. I:- Corriente que circula por el cuadro. θ:- Ángulo que forman el plano del cuadro y la dirección del emplazamiento de la antena emisora.

La resistencia de radiación de un cuadro es por general pequeña

El diagrama de radiación obtenido es similar al del dipolo simple, por ello se le denomina

"dipolo magnético", con la diferencia de que con el cuadro horizontal la polarización es vertical, y con el cuadro vertical, la polarización es horizontal. Las propiedades direccionales del cuadro de recepción se utilizan para disminuir la influencia del ruido y para determinar la dirección de una estación de radio, sus primeras aplicaciones de esta antena fue la navegación.

La tensión inducida sobre una antena de cuadro vale:

θλ

π cos2 AENv =

(E) representa la intensidad de campo en el entorno de la antena.

Señalamos que la tensión inducida depende del ángulo que forma el plano del cuadro (receptor) con la dirección del emisor; de aquí la propiedad direccional. La tensión inducida es nula cuando el plano del cuadro es perpendicular a la dirección del emisor.

El número de espiras (N) tiene el efecto de aumentar la superficie efectiva del cuadro

Las antenas magnéticas son una variedad de las antenas de cuadro. El rasgo diferencial de las antenas magnéticas es la presencia de un núcleo de elevada permeabilidad magnética dentro del cuadro (ferrita). En general estos son largos y de poco diámetro, porque la permeabilidad magnética disminuye bajo la acción desmagnetizante de los polos que se manifiesta con mayor fuerza cuanto mayor sea la sección transversal de la barra y menor su longitud. En este tipo de antenas L1 y L2 se conectan al circuito como inductoras al circuito de entrada L1, L2 y C.

A) Antena de cuadro formada por varias espiras

B) Diagrama de directividad de una antena de cuadro


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El tanque así formado es resonante a la frecuencia de la portadora de la estación que se

recibe, consiguiéndose con esto un aumento de la ganancia y de la altura efectiva de la antena. Antena cardioide

Están formadas por una combinación de antenas de cuadro y dipolo en posición vertical. Esta conjunción permite crear una antena unidireccional, en las que las direcciones de máxima y mínima recepción son opuestas.

Se llaman cardioides porque su diagrama de radiación en el plano horizontal es la curva "cardioide" (1 + cosϕ = 2 sen2 ϕ/2). Esta curva se obtiene al combinar el diagrama de radiación del dipolo con el de la antena de cuadro.

Este tipo de antenas se utiliza para la localización de emisoras, conectadas a un instrumento llamado "goniómetro", básico en la navegación.

En la figura, puede verse una antena cardioide junto con el circuito amplificador de entrada. Antena interior

Las antenas interiores permiten excelentes recepciones en lugares singulares, (campo muy fuerte, ausencia de interferencias), pero presentan varios inconvenientes:

∗ Señal recibida débil, por lo tanto la relación señal/ruido es pequeña.

∗ Grandes perturbaciones de toda clase, (vehículos que circulan por los alrededores, electrodomésticos, motores eléctricos universales, etc.).

∗ Recepción simultánea de distintas señales a la vez, lo que motiva interferencias.

La antena interior constituye una solución aceptable, pero de su

empleo se deriva una disminución de calidad en la señal recibida.

CIRCUITO AMPLIFICADOR

Antena cardioide


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Antena yagi

Si un conductor se encuentra próximo a una antena radiante, se induce sobre él una corriente. Esta corriente radia a su alrededor y su radiación se añade a la de la antena (dipolo). El diagrama de radiación resultante dependerá de la posición respectiva del conductor y la antena. Esta posición determina la amplitud y la fase de la corriente inducida, así como la radiación total.

Este efecto se utiliza intencionadamente y al conductor se le denomina elemento pasivo o parásito; el elemento pasivo permite obtener una antena direccional, con un ancho de haz controlable. Una antena de estas características es sensible a la emisión que proviene de una única dirección evitando las interferencias de otras emisiones con frecuencias parecidas.

El elemento pasivo que se encuentra en el lado opuesto al lóbulo de radiación principal se denomina reflector. El accesorio pasivo emplazado en el lóbulo de radiación se denomina director.

A.- Dipolo con director B.- Dipolo con reflectoe A) Elemento reflector

Al considerar el elemento pasivo ( B ) de longitud (λ/2) colocado paralelo con un dipolo (A) alimentado eléctricamente, a una distancia de (λ/4); la señal que llega a ( B ) tiene un retardo de fase de 90º con respecto a la que sale de (A). Se induce en (B) una corriente que tiende a oponerse al efecto producido. Una corriente desfasada 180º con respecto a la onda en (B) empieza a crearse, representando así un retraso de 270º con respecto a (A). La energía emitida a partir de (B) llega a (A) después de recorrer una longitud de (λ/4), estando pues en fase con la energía ondulatoria emitida por (A) en la dirección (C). Sin embargo las ondas emitidas por A y B se anulan en la dirección C1 mostrando una directividad tal que parece que (B) refleja las frecuencias que sobre él inciden.

En la práctica, no es necesario colocar un reflector a (λ/4) del dipolo alimentado; si el elemento parásito es algo más largo, su efecto es inductivo. Esto produce un desfasaje en la señal emitida que permite compensar la separación de (λ/4) entre dipolo y reflector, por regla general se toma un reflector que es un 5% mayor que el dipolo. De hecho la reflexión óptima se obtiene para una distancia equivalente de 0,15 λ entre ambos elementos, este resultado es válido cuando la relación longitud de onda, diámetro de antena varía entre 300 y 400.


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B) Elemento director

Un elemento pasivo de longitud sensiblemente menor que la del dipolo alimentado (λ/2) es capacitivo; provoca un avance de fase. Las señales que se anularían en el caso de un reflector, se suman en este caso. Las que estaban en fase, están ahora en oposición de fase. La energía emitida es pues máxima en la dirección del elemento pasivo, en este caso el director. Los resultados óptimos se obtienen para directores que son un 4% menores que el dipolo de media longitud, separados 0,2λ de aquel y para relaciones longitud de onda, diámetro comprendidas entre 300 y 400.

La antena Yagi consta de un dipolo excitado directamente y de varios elementos pasivos cuidadosamente acoplados sin conexión directa con el transmisor o el receptor, es óptima para trabajar en las gamas de HF - UHF con un ancho de banda relativamente estrecho Con este tipo de antenas se obtiene una gran ganancia directiva

Su constitución física, puede contem-plarse en la figura. El dipolo 1 es el activo que se une al receptor o al transmisor. El 2 es el reflector y los demás (3, 4, 5) son los directores. El sistema garantiza que la radiación esté dirigida del reflector a los directores

La altura efectiva de esta antena viene dada por

Ghe ×=πλ

Donde G es la ganancia de potencia de la antena

La figura nos ofrece algunos ejemplos de ganancia teórica en antenas Yagi.


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En la figura, observamos el empleo de planos reflectores (A), reflectores en ángulo recto

(B) o reflectores con forma parabólica. La primera figura ofrece una ganancia de 7 dB, la segunda de 12 dB y la tercera una ganancia mayor de 30 dB.

No es útil emplear más de un reflector (al haber eliminado el campo en esa dirección), sí se pueden montar múltiples elementos directores. Con ello se reduce la apertura de haz y se incremente le ganancia en esa dirección.

En tanto que el dipolo es el único elemento alimentado por ca líneo de transmisión, el conjunto de reflector y directores se conecta a tierra, a través de la barra que sirve de soporte del sistema.

Los efectos de los elementos pasivos pueden compararse con efectos ópticos análogos; el dipolo alimentado representa la fuente luminosa, el reflector sirve como espejo y el director como lente convergente. En el caso de una antena receptora, el director sirve de lente convergente, el reflector como espejo y el dipolo como foco de la lente donde convergen los rayos.

Antena de dipolos enfasados Si se calocan dos dipolos próximos y se alimentan con la

misma señal, las antenas interactúan entre sí, modificando el diagramo de radiación y la ganancia de la antena original.

La forma en que modifican sus características depende de la distancia de separación. Habitualmente se utilizan estructuras que incrementan la directividad en la dirección perpendicular al plano que contiene a los dipolos.

Si en la parte trasera se coloca un reflector pasivo, se tendrá una antena directiva como la de la Figura, en la que se ha aumentado considerablemente la ganancia en el lóbulo delantero, sin utilizar directores.

A

B C

Analogía óptica del sistema Yagi


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Las antenas más frecuentes de este tipo, llamadas también antenas de panel se forman

enfasando cuatro dipolos a través de una línea de transmisión simétrica. Los dipolos se asocian en el plano vertical, pero como todos están colocados horizontalmente, la polarización de la onda que emiten o reciben será, como su posición, asimismo horizontal.

La ganancia del conjunto depende del número de dipolos que se empleen en cada antena, de esta forma se obtienen ganancias de unos 13 dB para la asociación de cuatro dipolos. ANTENAS PARA RADIO Y TELEVISIÓN POR SATÉLITE

Las transmisiones que se efectúan por satélite presentan unas características diferentes de las convencionales.

La frecuencia utilizada es muy elevada, cosa que dificulta la construcción de antenas clásicas a causa de sus reducidas dimensiones. Este hecho, unido a que la potencia que llega o la superficie terrestre es de un nivel muy bajo, hace necesaria la aplicación de sistemas específicos que proporcionen una elevada ganancia y una adecuada relación señal-ruido a la salida. Reflector parabólico

Para grandes alcances, el reflector parabólico es el más utilizado porque permite obtener ganancias de hasta 30 dB a costos razonables. El reflector puede ser una lámina sólida o perforada, mientras las perforaciones no excedan de una décima parte de la longitud

de onda, su efecto en las prestaciones eléctricas de la antena no será notable, mientras que la resistencia al viento es significativamente menor. En algunos casos el reflector se fabrica con una malla o con una rejilla de alambre.

Como la frecuencia de operación depende solamente del elemento activo o foco, reflectores utilizados para aplicaciones de satélites.


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A frecuencias más altas pueden perfectamente ser utilizados a

otras frecuencias dotándolos del foco adecuado. Las antenas parabólicas son las preferidas para enlaces a larga distancia, especialmente en frecuencias de microondas.

El diagrama de radiación de una antena parabólica es bastante similar al de una antena Yagi pero con un ángulo del servicio mucho más angosto. Debido a que la mayor parte de la energía de RF apunta hacia un área servicio, una antena

parabólica es mucho más difícil de apuntar. Por consiguiente, la antena parabólica es más frágil al disturbio físico y mecánico, el viento es especialmente un problema comparado con una Yagi. Potencia emitida (PIRE)

La potencia emitida por el satélite siempre se da en términos de PIRE o Potencia Isotrópica Radiada Efectiva. El PIRE representa la potencia que debería radiar una antena isotrópica para obtener en un punto determinado del espacio, la misma excitación que conseguimos con la antena del satélite.

El valor del PIRE será el producto de la potencia transmitida por la ganancia de la antena. GPtPIRE ×=

Una vez que la onda es emitida por la antena del satélite, debe recorrer un largo camino

hasta llegar a la antena receptora. En este camino las perdidas más importantes son debidas al espacio libre y se calculan en función de la distancia y de la frecuencia:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

cDfPerdidas π4log20

Siendo (D) la distancia entre la estación receptora de tierra y el satélite, (f) la frecuencia

transmitida y (c) la velocidad de la luz.

Analogía simplificada que permite entender el concepto de potencia radiada equivalente.


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Antena de foco primario

Se basa en la característica óptica de la parábola de reflejar las señales procedentes de la dirección de su eje hacia un punto fijo, que se denomina foco de la parábola.

En este punto se ubica el elemento alimentador de la antena, que debido a las frecuencias en las que trabaja funcionará como una guía de ondas. El alimentador se coloca enfrentado al reflector parabólico para recoger las señales que llegan hasta él y conducirlas hasta el dipolo.

La misión de la parábola es reflejar y concentrar la señal emitida, que se radia con un ángulo de apertura de solo 1 o 2 grados. Naturalmente, el principio de funcionamiento es reversible, por lo que las antenas receptoras también lo utilizan. En este caso la antena tendrá una respuesta unidireccional con un único lóbulo, más estrecho cuanto mayor es el diámetro de la antena.

La ganancia de una antena parabólica aumenta con el diámetro del reflector (depende de su superficie) y con la frecuencia de la señal (inversa a la longitud de onda). Viene dada por la expresión:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= 2

4log10ληπAG

A = Superficie del reflector η = Eficacia λ = Longitud de onda

El rendimiento o eficiencia es un parámetro importante, pues para este tipo de antenas suele hallarse entre 0,5 y 0,65, lo que supone que las pérdidas del sistema pueden llegar a la mitad de la señal aplicada. Esto se debe a que el sistema de alimentación presenta zonas de sombra sobre el reflector, lo que disminuye el área efectiva.

Antena Cassegrain También llamada de doble reflexión, supone una variante sobre la antena de foco

primario. Si se utiliza como receptora, estará orientada en la dirección de la emisión. Al incidir

sobre un reflector parabólico, las señales procedentes de la dirección del eje de orientación son reflejadas hacia el foco de la parábola.

Importante En las antenas parabólicas, el dipolo no se ve a simple vista. Se trata

de un dipolo Marconi, que está situado dentro de una guía de ondas (un tubo por el que se transportar las ondas recogidas). En la misma caja se monta un conversar, que transforma lo frecuencia de las señales recibidas a una banda más baja del espectro.


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En este punto se ubica un reflector hiperbólico, de tamaño mucha menor que el primero.

A diferencia de la parábola, el segundo reflectar dirige las señales que le llegan desde cualquier dirección hacia el foco de la hipérbola. Este nuevo foco se hace coincidir can el vértice de la parábola, el lugar donde se concentran las señales, que se recogen en una guía de andas.

La utilización de antenas Cassegrain está limitada en la práctica a las grandes antenas de los radiotelescopios a o los sistemas de emisión de señales hacia el satélite. Para las instalaciones receptaras san más adecuadas las configuraciones de foco primario y, sobre todo, las de tipo Offset, porque presentan una elevada ganancia con un tamaño reducido. Sin embargo, existen también antenas para instalaciones receptaras que combinan la técnica offset can el principio de dable reflexión, mediante el uso frecuente de un segundo reflector, que suele ser parabólico.

Su principal aplicación será cuando sea necesaria una antena de grandes dimensiones y en lugares donde la zona de sombra del segundo reflector no suponga una pérdida notable de rendimiento. En tales casos, se pueden obtener factores de eficacia en torno al 70% debida fundamentalmente a dos razones: los errores del reflector parabólico son corregidas par el segundo reflector y el sistema de alimentación se acorta al ubicarse detrás del reflectar. Antena offset

El principal problema de las antenas parabólicas que se ha visto es la zona de sombra creada por los elementos situados en el campo de visión, lo cual merma la cantidad de señal útil de la antena. Este inconveniente se resuelve si se coloca el sistema de alimentación fuera de la zona útil del reflector, lo que se consigue can la antena de foco desplazado o entena offset .

Para entender su funcionamiento, se toma una antena de foco primario de gran tamaño y se selecciona únicamente una zona de la mitad superior del reflectar. En esta parte, el alimentador no presenta sombras, al quedar situada par debajo de le zona de visión el punto focal de la antena original.


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Esta circunstancia representa que, al eliminar les zonas de sombra, el rendimiento se sitúa

en torno al 80%, incluso para antenas de pequeño tamaño. Por ello, la ganancia de la antena aumenta casi la mitad si se campara can otra de foco primario, lo que justifica su alto grado de implantación.

El único «obstáculo» es que la dirección en la que apunta la antena no es ten evidente como en las antenas anteriores, sino que se desplaza hacia arriba respecto del eje aparente de la antena. Esto supone que en las operaciones de ajuste se debe introducir une corrección en la elevación de la antena (un dato que proporciona el fabricante), como consecuencia de que el foco se halla desplazado de su posición original. Antena plana

En la recepción de satélites de alta potencia se pueden utilizar antenas planas, basadas en el principio de enfasamiento de dipolos que ya se han visto en antenas para televisión terrestre.

Al trabajar en la recepción de televisión por satélite con frecuencias de unos 12 GHz, la longitud del dipolo necesario para recibir la señal es de apenas unos milímetros. Como los dipolos son tan pequeños, se coloca un gran número de ellos en un espacio reducido unidos por una red de alimentación.

Esta red se ocupa de sumar las señales procedentes de todas las pequeñas antenas con la misma fase y presenta una estructura de árbol. Sin embargo, esta disposición no puede crecer

indefinidamente, puesto que llega un momento en que la

señal aportada por un dipolo lejano del tronco principal de alimentación se pierde en las propias líneas.

Frecuentemente, esta antena se utiliza para recibir señales de polarización circular Para ello basta con utilizar parejas de pequeños dipolos situados en ángulo recto, captando así la polarización vertical y horizontal (contenidas en la polarización circular alternativamente) con la fase adecuada. Las líneas de alimentación serán de longitud diferente en cada uno de los dipolos del par; de esta forma se compensan las diferencias de fase de llegada de las distintas polarizaciones y se obtiene una única señal en la salida.


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Como su construcción es muy diferente a la de las antenas parabólicas, en las antenas

planas encontramos algunas características particulares. Entre ellas podemos señalar las siguientes:

• La ganancia de las antenas planas no es muy grande, por lo que su utilización queda limitada a la recepción de satélites de alta potencia.

• La disposición de los dipolos determina la polarización recibida. Por lo tanto, estas antenas solo pueden recibir un tipo de polarización.

• La apertura de haz de las antenas planas es mucho mayor que la de las antenas parabólicas. Los valores habituales para este parámetro están en torno a los 20º.

Antenas multisatélite

Como norma general, las antenas para televisión vía satélite presentan un haz muy estrecho, excepto las antenas planas. Esto significa que para recibir las señales procedentes de varios satélites, es necesario utilizar una antena para cada uno, lo que supone un notable encarecimiento de la instalación.

Existe, sin embargo, la posibilidad de emplear una sola antena, siempre que los satélites se encuentren próximos entre si. Para conseguir este resultado se utiliza un soporte especial, ubicado en el punto focal de la parábola, que permite montar varios dispositivos conversores adyacentes

Así, según el fabricante del dispositivo multisatélite, se padrón montar hasta cuatro conversores, que recibirán la señal de otros tantos satélites, siempre que se encuentren en un arco de unos 12º. Se debe efectuar el apuntamiento del reflector parabólico hacia el satélite ubicado en el centro del arco que se desea cubrir, hasta recibir la señal a través del conversor central. Después de ajustar la parábola, se hace lo mismo con el resto de las conversores modificando su ángulo de incidencia sobre la antena, hasta que se reciba la señal de todos ellos.

En realidad, el sistema se comparta coma una antena normal para el conversar central, mientras

que para el resto de las conversares funciona coma antenas de foco desplazado virtuales. Par ello, el conversar situado en el lado izquierdo del foco de la parábola recibe la señal procedente del satélite colocado a la derecha del arco que se desea cubrir.


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Otros tipos antenas Antena helicoidal

La antena helicoidal produce una onda con polarización circular, que tiene la ventaja de no cambiar su polarización cundo se refleja en algún objeto. Esto es una ventaja cuando se pretende aprovechar esas reflexiones. Cuando se establece un enlace entre una antena de polarización circular y una de polarización lineal (vertical u horizontal) las pérdidas por desadaptación son de 3 dB. Antena de ranura

Puede parecer paradójico que una ranura u orificio pueda funcionar como antena. Sin embargo, cuando se tiene una guía de onda, una ranura de media longitud de onda se comporta

exactamente como un dipolo de media onda. Combinando de manera adecuada varias de estas ranuras se puede obtener diferentes patrones de radiación, incluyendo antenas sectoriales de 180 grados o inclusive omnidireccionales.

Antenas fractales (Visión general)


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En la actualidad, los sistemas

de comunicaciones necesitan antenas con gran ancho de banda y reducido tamaño con respecto a las antenas conocidas típicamente. Por lo cual, se ha buscado opciones que satisfagan dichas necesidades. Una alternativa es la antena fractal, la cual por su estructura permite lograr este objetivo.

Por mucho tiempo la dependencia del tamaño de la antena con respecto a la longitud de onda ha marcado la tendencia de diseño de las mismas, lo cual en ocasiones se ha convertido en un verdadero problema debido a la preferencia hacia la miniaturización de los diferentes equipos. En este sentido, la utilización de formas fractales y arreglos puede ayudar a sobrepasar estos altercados contribuyendo con una amplia y variada gama de formas geométricas con disposiciones propicias para las necesidades de antenas actuales.

Cabe recalcar que debido al avance de las comunicaciones inalámbricas de tercera y cuarta generación, en las cuales la tendencia es incluir múltiples servicios en espacios reducidos como teléfonos celulares, portátiles, etc. Es primordial para estos contar con antenas que satisfagan dos propiedades importantes, como son: un gran ancho de banda y un tamaño reducido. También, es importante reducir el tamaño de antenas externas como las situadas en estaciones base y dispositivos para los puntos de acceso, ya que esto reduce el impacto visual ambiental de la estructura de la red inalámbrica.

Así pues, las antenas habituales ya no permiten dar solución, por lo cual ha sido necesario la búsqueda y desarrollo de nuevos diseños que permitan solventar el empuje de las innovaciones en las comunicaciones inalámbricas del presente.

Existen varias razones para utilizar formas fractales en el diseño de antenas, las más importantes se detallan a continuación:

1. Los fractales presentan geometrías autosimilares (contienen varias copias de sí misma a diferentes escalas), lo que permite que al aplicar dicha forma a una antena, esta adquiera propiedades multibanda.

2. La dimensión fractal de algunos fractales (tendencia a longitudes infinitas en áreas finitas), permite la reducción del tamaño de las antenas a realizar respecto a una hecha en base a geometrías euclidianas.

3. Muchos de los fractales cuentan con formas irregulares, bordes afilados, interrupciones y esquinas, los cuales mejoran notablemente la radiación electromagnética, por lo que estas geometrías constituyen elementos radiantes eficientes.

4. Las antenas realizadas en base a geometrías fractales, suelen tener incrementos notables respecto a la impedancia de entrada, lo cual permite facilitar el acoplo entre la antena y la línea de transmisión.


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5. Se pueden conseguir factores de calidad (Q) bajos reconociendo que existen límites

fundamentales a lo pequeñas que pueden ser las antenas, y que explican que una antena es pequeña cuando puede ser encerrada en una esfera radian, es decir, una esfera con radio a=?/2? si la estructura llena bien la esfera circunscrita se logran factores de calidad bajos y por lo tanto el ancho de banda puede ser mejorado.

6. Debido a que combinan la robustez de la colocación aleatoria con la eficiencia de una

ordenación coherente, los arreglos de antenas consiguen un mejor desempeño.

Es importante a su vez aclarar que no todas las ventajas descritas anteriormente se evidencian simultáneamente en todas las estructuras fractales


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LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Las líneas de transmisión son el sistema de transporte de las señales eléctricas, utilizándose para interconectar los diferentes equipos que procesan la información, así como para llevarla hasta el propio usuario del servicio.

Si analizamos una línea de transmisión clásica desde el punto de vista eléctrico, observaremos que debido a la longitud del hilo conductor que incorpora aparece un efecto inductivo en ambos conductores, que representaremos con sendas autoinducciones o bobinas conectadas en serie con los hilos de la línea (L1, L2). Del mismo modo, al tratarse de dos conductores que se mantienen paralelos entre si mientras transportan una diferencia de potencial eléctrico, separados por un material dieléctrico, la línea presentará también un efecto capacitivo, como si tuviese conectado un condensador entre los cables (C1). Esto supone que la línea de transmisión incorpora una reactancia inductiva y capacitiva propia de sus dimensiones físicas, que definirán su comportamiento frente a las señales que transporta. Además, para justificar el comportamiento de la línea de transmisión deberemos incorporar resistencias en serie y en paralelo, que justifican las pérdidas debidas a la resistividad del cable, en el primer caso (Rl, R2), y a la conductividad del material empleado como aislante entre los conductores (R3).

Con la incorporación de los elementos resistivos se completa el modelo, que ahora deberá considerarse portador de una determinada impedancia característica, parámetro fundamental de la línea. Esta impedancia dependerá de la sección de los conductores, de la separación entre ellos, y del material utilizado como dieléctrico, y se mantiene constante e independiente de su longitud (una vez superada la longitud de la onda) y de la frecuencia de las señales que transmite.

Para propagar señales de radiofrecuencia se necesitan líneas de transmisión construidas específicamente para este fin, puesto que su elevada frecuencia obliga a descartar otras que, sin embargo, si serian válidas en instalaciones de sonido, e incluso para conectar equipos de imagen en banda base. La elección de un buen cable será un elemento fundamental para garantizar una instalación sin defectos, bien adaptada a los equipos y con un valor mínimo de pérdidas de señal. A continuación estudiaremos los tipos de línea más habituales en aplicaciones de radiofrecuencia. Línea coaxial

La línea mayoritariamente utilizada para transportar señales de radio y televisión está formada por dos conductores concéntricos, separados por un material aislante. El conductor central es un hilo o un conjunto de hilos de cobre u otros materiales conductores, mientras que el segundo hilo de la línea es en realidad una malla y/o una lámina conductora que la rodea. Esta forma garantiza que, además de transportar la señal, se establezca en su interior una zona libre de radiaciones externas que provocarían interferencias, al tiempo que evita que las ondas que transmite sean radiadas hacia el exterior. Este efecto de jaula de Faraday será más efectivo cuanto más tupida sea la malla que envuelve el hilo central, presentando las cualidades cuando se trata de una cobertura laminar continua.


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En el mercado podemos encontrar diferentes tipos de cable coaxial para radiofrecuencia.

Los más económicos dispondrán de un conductor central de unos 0,6 mm de sección y una malla ligera formada por unos pocos hilos de cobre. A medida que la calidad del cable aumenta, Lo hace también el diámetro del conductor central, así como la densidad de la malla aislante exterior. En los mejores cables encontraremos una pantalla electromagnética doble, formada por la asociación de una lámina conductora continua (de cobre o aluminio) sobre la que se encuentra una malla flexible del mismo material.

La información de televisión se propaga a través de la línea coaxial en forma de onda electromagnética. Esto supone que el campo eléctrico, creado por la componente capacitiva de la línea, estará encerrado entre los dos conductores de forma radial, como si de un condensador real se tratase. Respecto al campo magnético, se manifiesta únicamente el creado por el conductor central, con líneas de fuerza coaxiales a éste en el interior de la línea. La malla externa no creará campo magnético al estar conectada a tierra, por lo que presentará un potencial neutro.

A diferencia de una onda en el espacio libre, en el interior de un cable coaxial la señal no se propaga a la velocidad de la Luz, sino que debido a la inercia que presentan los condensadores y las bobinas de su modelo, equivalente a los cambios de tensión y corriente, se incorporará un retardo en la propagación de los campos eléctrico y magnético.

Por esta razón se define un nuevo parámetro identificativo de cada línea, que denominamos factor de velocidad del cable. Este factor, cuyos valores típicos oscilan entre 0,6 y 0,7, indica la velocidad de la onda en el interior del cable respecto de la velocidad de la luz.

Los cables coaxiales presentan una atenuación creciente con la frecuencia, por lo que su utilización se ve limitada a señales de hasta unos 5 GHz, como máximo. Esta atenuación depende también del material empleado como aislante entre los conductores.


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Como ya hemos comentado, La impedancia característica del cable depende de su construcción física, y debemos conocerla para garantizar una correcta adaptación en todos los elementos de la instalación. En sistemas de distribución de radiofrecuencia se utilizan mayoritariamente líneas de 75 Ω de impedancia, la misma que encontraremos en las entradas y salidas de todos los equipos que se utilizan en ellas. Sin embargo, en los sistemas de emisión de radio y televisión, así como en instalaciones de radioaficionados, la impedancia típica es de 50 Ω, por lo que deberemos tener presente este parámetro cuando trabajemos con este tipo de instalaciones.

Una desadaptación de impedancias provoca problemas, como: • Pérdida de señal. • Alteración de las características de la antena y sobre todo una deformación del

diagrama de radiación

Distintos tipos de cables coaxiales


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Las características fundamentales de la línea coaxial son las siguientes:

Guía de ondas

Cuando se desean transferir señales de microondas, los cables coaxiales resultan inadecuados por la elevada atenuación que introducen en el sistema. En este caso se recurre a la utilización de guías de ondas, tubos metálicos en cuyo interior se propaga la señal, una vez radiada en uno de sus extremos. Estos tubos pueden tener sección circular, elíptica, rectangular o cuadrada, y su utilización está condicionada por una respuesta en frecuencia variable, en la que se obtienen bajas atenuaciones propagando señales de entre 5 y 50 GHz. A diferencia de las líneas coaxiales, las dimensiones físicas definen la frecuencia óptima de transferencia del guía-ondas, pudiendo utilizarse obstáculos físicos para sintonizarla.

Al propagarse en su interior, los campos eléctrico y magnético mantienen su posición respecto de la guía de ondas, pudiendo encontrar los modos Transversal Eléctrico (TE) o Transversal Magnético (TM), según el campo que se propague en la dimensión más corta del guía-ondas.

Debemos saber… Podemos encontrar cables con dieléctrico de polietileno compacto (plástico),

aptos para frecuencias de hasta unos 100 MHz. Para frecuencias de hasta 1 GHz, aproximadamente, se emplean líneas con dieléctrico de polietileno expandido, una especie de espuma flexible que presenta una menor atenuación. Para frecuencias superiores a 1 GHz el mejor dieléctrico posible es el aire, por lo que el aislante interno estará formado por una estructura hueca con costillas de plástico, con el fin de mantener la distancia entre el conductor central y la malla.


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Así, en la versión TE, mayoritariamente utilizada, la señal se genera a través de un

pequeño dipolo situado en el centro de la cara más larga, y orientado perpendicularmente a ésta. La utilización de una guía rectangular, como en este ejemplo, posibilita la selección de la señal en función de la polarización espacial de la onda propagada, rechazándose aquélla cuyo campo eléctrico no coincide con la posición del dipolo interior.

Es frecuente encontrar guías de onda atravesadas parcialmente por tornillos que limitan la longitud de onda que se puede propagar por su interior, en función de la cantidad de tornillo introducido en la guía. En realidad se trata de un filtro, pero cuyo funcionamiento es puramente mecánico.


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CONECTORES PARA CABLE COAXIAL

Para conectar un equipo de radiofrecuencia con el cable coaxial a la antena, tenemos que escoger conectores apropiados. La cantidad de conectores es numerosa, y se diferencian por las siguientes características • Tipo: se refiere a la forma

genérica del conector. • Género: puede ser macho

(Male) o hembra (Female) • Polaridad: normal o invertida

(RP) • Rosca: Normal o invertida

(RT) • El conector más común usado para cables gruesos es el tipo N macho. • Los equipos tienen normalmente conectores hembra, pero además del conector N son

comunes los SMA y TNC, con diferentes polaridades y roscas. • Las antenas tienen normalmente conectores N (hembra más común que macho). • Para conectar el equipo de radiofrecuencia al cable grueso con conector N, a veces se usa un

cable corto y flexible denominado “latiguillo” o “pigtail” en inglés, que sirve también para mediar entre tipos de conectores distintos.

antenas y líneas transmision para rtv

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