elementos en sistemas de telecomunicaciones. resumen antenas
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Ciclo superior de Telecomunicaciones e Informativa. Primer cursoTRANSCRIPT
23-1-2014
JORGE ANDRES GORDON | 1CI2N
IES
TIRANT LO
BLANC EST - ANTENAS
EST - ANTENAS 2014
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ANTENAS DE RADIO-TELEVISION TERRESTRE ________________________________ 3
INTRODUCCION ____________________________________________________________ 3
CONCEPTOS BASICOS _______________________________________________________ 3
Multiplexación De Programas _______________________________________________________ 3
Propagación Electromagnética _______________________________________________________ 3
Características de las Comunicaciones electromagnéticas _______________________________ 4
Principio de Funcionamiento de una Antena Dipolo ___________________________________ 4
Estructura de un Dipolo ________________________________________________________ 4
Calculo de una Antena Dipolo ___________________________________________________ 5
Polarización de las Antenas _______________________________________________________ 5
Estructura del Espectro de Radiofrecuencia ____________________________________________ 6
Bandas de Radiofrecuencia: _______________________________________________________ 6
Estructura de un Canal de TDT _____________________________________________________ 7
Distribución de Canales según CCIR ______________________________________________ 7
ESTRUCTURA DE SISTEMAS CAPTADORES DE SEÑAL DE TELEVISION _____________ 8
INTRODUCCIÓN ____________________________________________________________ 8
SISTEMAS CAPTADORES PARA SEÑAL DE RADIO TERRESTRE ________________________ 8
ANTENAS ________________________________________________________________________ 8
Características de las Antenas _____________________________________________________ 9
Impedancia característica __________________________________________________ 9
Ganancia _______________________________________________________________ 9
Ancho de Banda _________________________________________________________ 9
Directividad _____________________________________________________________ 9
Relación Delante - Detrás ________________________________________________ 11
Carga al viento __________________________________________________________ 11
ESTUDIO DE ANTENAS COMERCIALES PARA RADIODIFUSIÓN TERRESTRE _____________ 12
DIPOLOS CRUZADOS ______________________________________________________________ 12
DIPOLO PLEGADO ________________________________________________________________ 13
ANTENA YAGI ___________________________________________________________________ 13
Estructura de una antena Yagi ____________________________________________________ 14
Dipolo plegado _________________________________________________________ 14
Reflector ______________________________________________________________ 14
Directores _____________________________________________________________ 15
Características Técnicas de la Antena Yagi __________________________________________ 15
Tipos de Antenas Yagi___________________________________________________________ 16
ANTENAS LOGARITMICO PERIODICAS ________________________________________________ 16
Funcionamiento y Características: _________________________________________________ 17
ANTENA DE PANEL _______________________________________________________________ 18
Características: ________________________________________________________________ 19
ANTENAS DE DISEÑO ESPECIAL _____________________________________________________ 19
ANTENAS OPTIMIZADAS PARA TDT __________________________________________________ 20
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ESTUDIO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN _________________________________________ 21
Líneas de Transmisión _____________________________________________________________ 21
El Sistema Antena y Línea de transmisión _____________________________________________ 21
El Cable Coaxial __________________________________________________________________ 22
Estructura del Cable Coaxial ______________________________________________________ 22
Características de El Cable Coaxial _________________________________________________ 23
Impedancia Eléctrica _____________________________________________________ 23
Atenuación ____________________________________________________________ 23
ANEXOS ________________________________________________________________________ 24
ANEXO 1 _____________________________________________________________________ 24
Bibliografía _____________________________________________________________________ 25
Enlaces de interés ________________________________________________________________ 25
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ANTENAS DE RADIO-TELEVISION TERRESTRE
INTRODUCCION
En el siguiente resumen hablaremos de las antenas, sus parámetros, características, tipos etc,
centrándonos en las antenas de transmisión de radio-televisión terrestre, pero antes de
empezar con el tema en concreto, repasaremos brevemente conceptos que nos ayudaran a
entender su funcionamiento.
CONCEPTOS BASICOS
Multiplexación De Programas
La multiplexación consiste en un canal digital formado por diferentes programas. La
información que viene de diferentes programas se multiplexa creando un único flujo de bits,
que serán codificados dependiendo de la modulación digital a utilizar. En la codificación, se
introducen sistemas de protección de errores., a la vez que se aumenta la eficiencia espectral
del canal.
Propagación Electromagnética
Los sistemas de transmisión de radio y televisión utilizan las ondas electromagnéticas para
trasportar las señales por el aire. Por este motivo las antenas que utilizaremos se basaran en
un elemento denominado DIPOLO.
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Características de las Comunicaciones electromagnéticas
Las ondas portadoras son de tipo sinodales, tienen movimientos ondulatorios, según
este movimiento,
Cuando más baja es la frecuencia el tamaño del elemento transmisor es más grande,
no hay necesidad de visibilidad directa entre emisor y receptor, ya que la señal supera
obstáculos grandes.
cuando más alta es la frecuencia, el elemento será más pequeño, y al no superar
obstáculos, necesita visibilidad directa entre el emisor y el receptor.
Principio de Funcionamiento de una Antena Dipolo
Las transmisiones por ondas de radio se hacen a partir de señales eléctricas alternas
de una frecuencia determinada.
A cada valor de frecuencia, le corresponde un valor equivalente de longitud de onda
λ= c/f.
Se ha demostrado que hay una relación directa entre λ y la medida de la antena
mas eficiente para radiar o recibir la señal.
Medida del Dipolo = λ/2
Estructura de un Dipolo
El Dipolo está formado por 2 Tijas metálicas, cuya longitud máxima entre sus extremos
corresponde a λ/2, con las conexiones hechas en el punto medio.
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Calculo de una Antena Dipolo
Para calcular la medida de un dipolo, debemos saber la frecuencia o gama de frecuencias que
queremos recibir, a continuación realizaremos el siguiente procedimiento:
1. Para una gama de frecuencias, calculamos el valor de la frecuencia central:
2. A continuación buscamos la longitud de onda ( λ ):
3. Después calculamos el valor de 1/2 de λ (λ/2)
4. Para obtener la medida real idónea, calculamos el 95% de λ/2
Polarización de las Antenas
Las antenas según se instalen pueden quedar polarizadas de 2 formas: Vertical y Horizontal. La
ventaja de la polarización es que se duplica el ancho de banda para los canales disponibles, ya
que un canal transmitido en polarización horizontal, no
crea interferencias si utiliza las mismas frecuencias del
mismo canal que está en polarización vertical llevando
otra información.
En Transmisión de televisión terrestre se utiliza la
polarización Horizontal.
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Estructura del Espectro de Radiofrecuencia
El espectro de radiofrecuencias es el grupo de frecuencias disponibles según la tecnología
disponible, para hacer cualquier tipo de transmisión de ondas de radio.
La utilización del espectro no
es libre, reservando cada
grupo de frecuencias o
bandas para un servicio
determinado. Inclusive, las
bandas de frecuencias que
están “libres” necesitan de
un permiso especial para su
ocupación.
Bandas de Radiofrecuencia:
En España las bandas asignadas para la difusión de tv y radio son las de VHF-UHF, que están en
las bandas IV-V de UHF. La transmisión satelital utiliza la banda SHF. Los servicios de radio
utilizan las bandas II para analógica y III para digital. Estas bandas se dividen en subbandas o
bloques de frecuencia.
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Estructura de un Canal de TDT
El Canal de televisión es la gama de frecuencias que se ocupa para transportar ondas
electromagnéticas. Su estructura está regulada por el CCIR. Cada canal de TV digital ocupa un
ancho de banda de 8MHz limitada por la frecuencia superior, y la frecuencia inferior asignada.
Este canal se identifica por su frecuencia central. La principal característica del espectro de TDT
es que es continuo, es decir se distribuye de manera uniforme ocupando casi todo el ancho de
banda asignado, sin interferir a los canales vecinos.
Distribución de Canales según CCIR
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ESTRUCTURA DE SISTEMAS CAPTADORES DE
SEÑAL DE TELEVISION
INTRODUCCIÓN
Los sistemas captadores están formados por elementos o equipos que ayudan a recibir las
señales de radio que queremos transmitir, y están situados en el exterior del edificio. Estos
elementos son: antenas, sistemas de fijación y anclaje, el LNB i dispositivos auxiliares como
preamplificadores, filtros, etc.
En nuestras instalaciones, distinguimos dos tipos de sistemas captadores de señal:
Sistemas captadores para señal de radio terrestre
Sistemas captadores para señales de radio por satélite
En este documento nos centraremos en los sistemas captadores para señal de radio terrestre.
SISTEMAS CAPTADORES PARA SEÑAL DE RADIO
TERRESTRE
ANTENAS
Una antena es un dispositivo metálico diseñado con el objetivo de emitir o captar ondas
electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa
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Características de las Antenas
Las principales características que definen las prestaciones de las antenas, son las siguientes:
Impedancia característica
En general, se le denomina impedancia a la oposición que presentan todos los
materiales al flujo de corriente alterna, la cual es análoga a la resistencia en corriente
continua
Es el valor de resistencia expresada en Ω que la antena presenta al paso de
corrientes alternas captadas. En instalaciones de TV el valor de la impedancia está
normalizado a 75 Ω.
Ganancia
La ganancia es el valor equivalente a la cantidad de dBµV que capta de más la antena
en estudio, respecto a lo que capta un simple Dipolo. Esta ganancia se expresa en dB.
Ancho de Banda
Es la cantidad de canales (frecuencias) que la antena es capaz de captar. Este dato se
da en formato numérico y grafico por ser tan exacta como sea posible.
Directividad
Es la capacidad que tiene una antena para recibir señales solo en ciertas direcciones y
sentidos determinados. La directividad es una característica que nos indica el ángulo
en que una antena puede recibir.
El ángulo de apertura nos indica los puntos en los que la ganancia de la antena
disminuye en 3 dB respecto al valor máximo. En este Ángulo la señal captada por la
antena es adecuada. Cada sector máximo local en el diagrama de radiación se
denomina "lóbulo".
La directividad se acostumbra a expresar tanto en plano horizontal como vertical.
Atendiendo a esta característica, las antenas pueden ser:
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Omnidireccionales (antenas de radio FM)
Bidireccionales
Directivas (antenas TV)
La directividad y la ganancia van ligadas. Las antenas mucho más directivas tienen más
ganancia de las que no lo son tanto
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Relación Delante - Detrás
Por definición, es la relación, expresada en [dB] entre la ganancia máxima del lóbulo
principal de la antena y la ganancia máxima de cualquier lóbulo comprendido entre 90º y
270º respecto al lóbulo principal. Sin embargo, los fabricantes suelen suministrar el dato
respecto a 180º (por detrás) del lóbulo principal.
Esta relación indica la capacidad de la antena para rechazar las señales no deseadas que
entren por detrás. Cuanto mayor es la relación, mejor es la discriminación de ruido.
Carga al viento
La carga al viento es la fuerza que hace la antena al palo donde se encuentra instalada. Al
ser una característica mecánica se expresa en Newton
.
Todas estas características vienen especificadas en los catálogos por el fabricante. Anexo1
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ESTUDIO DE ANTENAS COMERCIALES PARA
RADIODIFUSIÓN TERRESTRE
La antena básica para la emisión y transmisión de señales es la antena dipolo, aunque se
pueden diseñar diferentes tipos de antenas mas eficientes mejorando alguna de sus
características.
Podemos dividir las antenas mas utilizadas en radio y televisión en los siguientes tipos:
DIPOLOS CRUZADOS
Consisten en dos dipolos colocados en cruz. Con este sistema se consigue que la antena capte
el mismo nivel de señal en todas las direcciones es decir, es omnidireccional.
Se utilizan para recibir señales de radio FM. En el montaje final se combinan las dos antenas
de FM, con la de AM. La impedancia característica es de 75 Ω y una ganancia ( G = 1 dB ). El
ancho de banda cubre las bandas AM y FM, su ángulo de abertura es de 360°. L relación D/A es
de 0dB, ya que capta el mismo nivel de señal en todas las direcciones.
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DIPOLO PLEGADO
Este modelo es el más utilizado para la recepción de la banda de FM. Consiste en un Dipolo
plegado, que a su vez esta doblado en forma de circulo, lo que hace que la recepción de señal
sea omnidireccional. Sus características técnicas son las mismas que las del dipolo cruzado, a
excepción de la carga al viento, que depende de las características fisicas de la antena.
ANTENA YAGI
Es una antena direccional que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con
elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, logra un muy alto rendimiento, ya
que mejora sus características.
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Estructura de una antena Yagi
1. Dipolo
2. Reflector
3. Directores
4. coaxial
Dipolo plegado
Es el elemento activo de la antena, Se encarga de recibir la señal captada y es el que lleva
el cable coaxial que transmitirá la señal. Su impedancia es de 300Ω, así que necesitara un
adaptador de impedancia, ya que los
demás elementos tienen una
impedancia de 75Ω, y así conseguir
mínimas perdidas, entre la señal
captada y la recibida por el coaxial.
La medida de esta antena nos
indicara la gama de frecuencias para
la que está diseñada.
Reflector
El reflector es el elemento encargado de rebotar las señales no deseadas que llegan por
detrás de la antena. El reflector puede tener diferentes
configuraciones, y puede ser formado por una simple tija metálica,
o por una gran parrilla. Este elemento se caracteriza por:
Su longitud es más grande que la del dipolo, y está
separado por una distancia determinada, relacionada con
la gama de frecuencias que queremos recibir.
Siempre está situado en la parte posterior de la antena
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Directores
Los directores son tijas metálicas más pequeñas que el Dipolo, están situadas por delante
de este, según la orientación de la antena. Su misio, es hacer a la antena más o menos
directiva dependiendo de su
número, es decir, cuantos más
directores haya, la antena será
más directiva y tendrá mayor
ganancia.
Características Técnicas de la Antena Yagi
• Impedancia característica de 75 Ω.
• Ganancia que puede variar entre 6 dB i 15 dB aproximadamente.
• Ancho de banda que puede cubrir las bandas de FM o televisión
.
• El ángulo de abertura puede variar entre 70º de máximo i 30º de mínimo,
aproximadamente.
• La relación D/A puede variar entre 18 dB i 40 dB, aproximadamente, en función del
diseño final.
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Tipos de Antenas Yagi
Las Antenas Yagi pueden ser de diferentes tipos dependiendo del número de canales que
reciben, estas pueden ser:
Monocanal
Bicanal.
Multicanal.
De banda Ancha o multibanda
Las antenas Yagi Mono canal solo reciben un canal. Las bicanal solo reciben dos canales. Las
multicanal reciben un grupo de canales de una determinada banda. Las de banda ancha
reciben toda una banda, finalmente las multibanda reciben diversas bandas.
ANTENAS LOGARITMICO PERIODICAS
La antena logarítmica periódica está formada por un determinado número de dipolos abiertos
de tal manera que, entre la medida y separación de cada uno hay una relación logarítmica.
Esta es una antena multibanda.
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Funcionamiento y Características:
En función de la frecuencia del canal recibido, hay un dipolo de una medida que se
adapta mas al valor de /2, por tanto, este será el dipolo activo para el canal en
cuestión. Los dipolos que quedan por delante actuaran como directores y los que
quedan por la parte posterior actuaran como reflectores.
En el caso de otro canal con una frecuencia diferente, el dipolo activo será otro, y el
número de directores y reflectores serán diferentes.
Al estar formada por dipolos abiertos, la impedancia será de 75Ω, no necesita de
adaptador de impedancia, y el coaxial se conecta directamente al dipolo mas corto.
La ganancia puede variar entre 8 dB y 10 dB en función de la banda medida.
El ángulo de abertura aproximado será de 70° para la banda III VHF, y de 80° para las
bandas IV y V de UHF.
El ancho de Banda cubre la banda III de VHF y todas las bandas IV y V de UHF
La relación D/A de 20dB para la banda III VHF, y de 25dB para las bandas IV y V de UHF.
En estos tipos de antena, la Directividad, la ganancia o la relación D/A serán muy diferentes
entre un canal y otro. Este tipo de antenas se utilizan en zonas no problemáticas para la
recepción.
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ANTENA DE PANEL
La antena de panel está formada por un panel reflector, y 2 o 4 dipolos en V que están
conectados entre ellos. De manera que se suman los efectos de los Dipolos con la ayuda de un
sintetizador diseñado para realizar esta función.
Se utiliza en instalaciones de TDT , para sistemas individuales o colectivos, pero esta
especialmente recomendada para sitios donde sea necesario evitar la entrada a la antena de
reflejos de señal que llegan por el eje vertical, como las zonas de montaña, ya que tienen un
excelente directividad gracias a su ángulo de abertura vertical.
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Características:
Impedancia de 75Ω con sintetizador
Ganancia que varía entre 13,5dB y 14dB
aproximadamente, dependiendo del
fabricante
Ancho de Banda que cubren las banda IV y
V de UHF
Angulo de abertura de aproximadamente
46° en horizontal, y de 27° en vertical.
Relación D/A de 20dB
ANTENAS DE DISEÑO ESPECIAL
Las antenas de diseño especial son antenas exclusivas de cada fabricante, que buscan mejorar
alguna característica de los modelos anteriores, así tendremos la antena idónea para cada
necesidad.
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ANTENAS OPTIMIZADAS PARA TDT
Realmente con la desaparición de la tv analógica, actualmente todas las antenas están
optimizadas para TDT. Los fabricantes simplemente han diseñado antenas con la máxima
ganancia de frecuencias en la
parte más alta del espectro de
UHF.
Una característica especial es
que blindan el sintetizador
(adaptador de impedancias)
para evitar que otros tipos de
señales digitales generen
interferencias.
.
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ESTUDIO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Líneas de Transmisión
Son los cables que conectan todos los elementos que intervienen en una instalación, desde la
bajada de la antena hasta el receptor de televisión.
Estas líneas tendrán unas características u otras en función al tipo de señal que transporten.
Para la distribución de señal de televisión, se utiliza un tipo de línea que por una parte tenga
una baja atenuación, por el bajo nivel de señal de TV, y por otra ofrece alta inmunidad a
interferencias externas.
El Sistema Antena y Línea de transmisión
La antena es un elemento que libera una determinada corriente eléctrica a la instalación,
procedente de la radiación captada, comportándose como un generador de electricidad,
interesa que cuando conectemos el generador a la línea de transmisión, este libere la máxima
señal posible con la finalidad de tener mínimas perdidas en el circuito. Esto se da cuando el
generador, línea de transmisión y elemento que recibe la corriente eléctrica tienen el mismo
valor de impedancia.
Otra cuestión importante es que sea capaz de transportar con la mínima atenuación posible,
todas las frecuencias que forman parte de una banda determinada donde están las emisiones
que queremos recibir, Ósea que el ancho de banda sea suficiente para que se de esta
circunstancia.
El tipo de cable que mejor se adapta a las circunstancias es el cable coaxial.
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El Cable Coaxial
Es el cable que sirve como línea de transmisión en instalaciones de recepción de señales de TV.
Este cable cumple con dos características importantes:
Libera el máximo de señal posible
Transporta las frecuencias de una banda determinada con la mínima atenuación
posible
Estructura del Cable Coaxial
El cable coaxial está formado por:
Conductor interior en forma de hilo eléctrico, conocido como vivo y es el hilo de la
señal
Conductor exterior en forma de lámina metálica conocido como hilo de malla, que es
el hilo de conexión a masa o negativo del circuito. Este, a mas de dar conecion
eléctrica, protege al vivo de interferencias eléctricas, evitando que se mezclen con la
señal de TV
Aislante de la malla
Aislante cilíndrico denominado
dieléctrico
Cubierta aislante exterior, que
protege al cable de contactos
eléctricos y de inclemencias
atmosféricas.
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Características de El Cable Coaxial
Impedancia Eléctrica
Normalizada a 75Ω
Atenuación
Debido a la impedancia, la señal que circula tiene perdidas en función de la cantidad
de metros que recorre. Mientras más metros, más perdidas. El fabricante proporciona
este parámetro expresado en dB/m.
La atenuación varía también en función de la frecuencia de señal que circula. Con más
frecuencias, más atenuación, por esto el fabricante da estos parámetros expresados en
bandas
Tabla de un fabricante donde se detalla las características de un cable coaxial
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ANEXOS
ANEXO 1
Descripción de las características de una antena por el fabricante
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Bibliografía
Infraestructures comunes de telecomunicació en habitatges i edificis, Celesti Capell
Arques – Juan Manuel Millan Esteller
Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios, Emilio Felix
moreno
Enlaces de interés
http://es.wikipedia.org/wiki/Antena
http://www.upv.es/antenas/
http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml
https://sites.google.com/site/equiposdeimagengmfp/1-transmision-de-television/2-
antenas-de-television/tipos-de-antenas-ms-usados-para-recepcin-de-tv-terrestre