Diseo de Antenas

Antenas1DefinicinQu es una antena?

-Una antena es un dispositivo cuya misin es difundir y/o recoger ondas radioelctricas. -Las antenas convierten las seales elctricas en ondas electromagnticas y viceversa.-Una antena podra denominarse como un ** ingenio ** que transforma una corriente elctrica alternada en ondas electromagnticas o vice-versa. Tambin podra definirse como un sistema de conductores que radia o intercepta ondas electromagnticas.

-Existen antenas de distintos tipos, pero todas ellas cumplen la misma misin: servir de emisor-receptor de una seal de radio. Cuando la comunicacin fluye en ambas direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicacin no se efecta simultaneamente, sino alternativamente, se denomina comunicacin semiduplex. Todas las comunicaciones dentro del mbito WIFI son bidireccionales semiduplex.

2Otras DefinicinesLas Antenas son las partes de los sistemas de telecomunicacin especficamente diseadas para radiar o recibir ondas electromagnticas.Tambin se pueden definir como los dispositivos que adaptan las ondas guiadas, que se transmiten por conductores o guas, a las ondas que se propagan en el espacio libre.Los sistemas de Comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir seales de televisin o radio, o bien transmitir o recibir seales en equipos porttiles.

3Definicin OficialEl Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseada especficamente para radiar o recibir ondas electromagnticas (IEEE Std. 145-1983). Las antenas tienen en comn el echo de ser una regin de transicin entre la zona donde existe una onda electromagntica guiada y una onda en espacio libre, a la cual se le puede asignar un carcter direccional. La representacin de una onda se realiza por tensiones y corrientes (hilos conductores) o por campos (guas de onda) en espacio libre mediante campos.4EVOLUCION EN LAS TELECOMUNICACIONES (ltimos 50 aos1960-2010)

MP3AUDIOACETATOSCASETECD

Blu-RayVIDEOCINTASBETA-VHSCDVOZ/IPTELEFONIACONMUTADADIGITALPLASMA-LCDTELEVISIONB/WCOLORPLANOSHD

MOVILTELEGRAMASIPTVSEAL TVCABLEDIGITALDTHVHF-UHF)MEMORIASDATOSDISKETTARJETAS MAG

CD

Como el tipo de antena y la red de transmisin a evolucionado de acuerdo con la evolucin tecnolgica.5Diagramas de RadiacinEl diagrama de radiacin de una antena se define como la representacin grfica de las caractersticas de radiacin en funcin de la direccin angular.Sistema de coordenadasSe utilizar habitualmente un sistema de coordenadas esfrico. Lastres variables de un sistema esfrico son ( r, q , f ) En un sistema coordenado esfrico las superficies r=cte son esferas, q=cte son conos, mientras que f=cte son semiplanos. La interseccin de las tres superficies determina la orientacin de los tres vectores unitarios, que son perpendiculares a las superficies respectivas.

6Diagramas de RadiacinDiagramas tridimensionalesSe puede representar el campo elctrico, magntico o la densidad depotencia radiada. Dado que los campos son magnitudes vectorialesse pueden representar el mdulo o la fase de sus componentes. Lasformas de representacin pueden ser tridimensionales obidimensionales, en escalas lineal o logartmica. La siguiente figuraes la representacin tridimensional de los campos radiados por unaantena.

Dada la dificultad de representar grficamente el diagramatridimensional se opta por representar cortes del diagrama encoordenadas polares o cartesianas. Los cortes corresponden a lainterseccin del diagrama 3D con planos.

7Diagramas de RadiacinDiagramas bidimensionalesUn corte bidimensional en coordenadas polares se representara como:

En coordenadas cartesianas y escala logartmica

8Parmetros que especifican las Antenas9La GananciaLa caracterstica mas importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de amplificacin de la seal. La ganancia representa la relacin entre la intensidad de campo que produce una antena en un punto determinado, y la intensidad de campo que produce una antena omnidireccional (llamada isotrpica), en el mismo punto y en las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena.

La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se calcula como el logaritmo de una relacin de valores. Como para calcular la ganancia de una antena, se toma como referencia la antena isotrpica, el valor de dicha ganancia se representa en dBi.

10Relacin seal ruidoSiempre que se emite o se recibe una seal de radio, lleva acoplada una seal de ruido. Obviamente, cuanto menor sea la relacin de ruido con respecto a la seal, mas ptima se considerar la seal "valida". Incluso en las transmisiones digitales, se tienen que usar mtodos de modulacin que reduzcan el ruido y amplifiquen la seal de radio.

El resultado de dividir el valor de la seal de datos, por la seal de ruido es lo que se conoce como relacin seal/ruido. Cuanto mayor es, mejor es la comunicacin.

Se expresa en decibelios (dB), y en escala exponencial, lo que quiere decir que una relacin seal ruido de 10 dB, indica que la seal es 10 veces mayor que la de ruido, mientras que 20 dB indica 100 veces ms potencia.11Potencia transmitida

Se utiliza la unidad dBm (decibelios relativos al nivel de referencia de 1 milivatio). 1 mW es igual a 0 dBm y cada vez que se doblan los milivatios, se suma 3 a los decibelios. La radiacin mxima emitida por una antena (que puede terminar muy por encima de los vatios de entrada), que admite la FCC en los EEUU es de 1 vatio (equivalente a 30 dBm). En Europa, el limite es de 250 mW (24 dBm).

En la siguiente tabla, se puede encontrar la conversin de decibelios a watios:

12Patrn de radiacin

El patrn de radiacin es un grfico o diagrama polar sobre el que se representa la fuerza de los campos electromagnticos emitidos por una antena. Este patrn vara en funcin del modelo de antena. Las antenas direccionales representan un mayor alcance que las omnidireccionales.Existen 2 modelos de grficos que representan este patrn: En elevacin y Azimut. Muchos modelos de antenas incluyen entre sus caractersticas, este grfico. Normalmente tambin se incluye un dato mas, que es la apertura del haz, que representa la separacin angular entre los dos puntos del lbulo principal del patrn de radiacin. Se suele representar sobre un plano horizontal.

13Polarizacin

Este dato nos indica la orientacin de los campos electromagnticos que emite o recibe una antena. Pueden ser los siguientes:

Vertical: Cuando el campo elctrico generado por la antena es vertical con respecto al horizonte terrestre (de arriba a abajo).Horizontal: Cuando el campo elctrico generado por la antena es paralelo al horizonte terrestre.Circular: Cuando el campo elctrico generado por la antena gira de vertical a horizontal y viceversa, generando movimientos en forma de crculo en todas las direcciones. Este giro puede ser en el sentido de las agujas del reloj o al contrario.Elptica: Cuando el campo elctrico se mueve igual que en caso anterior, pero con desigual fuerza en cada direccin. Rara vez se provoca esta polarizacin de principio, mas bien suele ser una degeneracin de la anterior.14Tipos de antenas.Cada aplicacin y cada banda de frecuencia presentan caractersticas peculiaresque dan origen a unos tipos de antenas muy diversas. De una forma ms amplia y no tanexhaustiva, los tipos ms comunes de antenas se pueden agrupar en los siguientesbloques: Antenas de hilo: se distinguen por que estn construidas con hilos conductoresque soportan las corrientes que dan origen a los campos radiados. Pueden estarformados por hilos rectos (dipolos, rombos, V), espirales (circular, cuadrada ocualquier forma arbitraria) y hlices. Antenas de apertura: en estas antenas la onda radiada se consigue a partir deuna distribucin de campo soportada por la antena y se suelen excitar por guasde onda. Son antenas de apertura las bocinas (piramidales o cnicas), lasaperturas sobre planos y ranuras sobre planos conductores y las guas de onda.Tipos de Antenas15Tipos de AntenasAntenas de Sector

Al igual que las antenas omnidireccionales, su uso es para conexiones punto a multipunto. Estas sin embargo solo emiten en una direccin Su radio de cobertura est entre los 60 y los 180 grados. La ganancia de estas antenas es mejor que las omnidireccionales (aproximadamente 22 dBi), y permiten orientarlas hacia la direccin que mas interesa (incluso hacia arriba y hacia abajo)

16Tipos de AntenasAntenas de Panel

Se utilizan para conexiones punto a punto enfocadas. Son como pequeas cajas planas y tienen una ganancia de hasta 24. dBis.

17Tipos de AntenaAntenas Yagui

Las antenas yagui, (o direccionales) tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de metal que cruzan el interior de ese tubo.

La seal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 21 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlazar.

18Tipos de AntenaAntenas Parablicas

Las antenas parablicas son las mas potentes que se pueden adquirir (hasta 27 dBi), por lo que son las mas indicadas para cubrir largas distancias entre emisor y receptor. Cuanta mayor ganancia tienen, mayor dimetro de rejilla.

19Tipos de AntenaAntenas Dipolo

Este tipo de antenas, estn mas indicadas para lugares pequeos, y mas concretamente para uso de Access Points (imagen 1). La ganancia de esas antenas oscila entre los 2 y los 7 dBi's.

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