ensayo i de antenas

5/16/2018 Ensayo I de ANTENAS - slidepdf.com

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INTRODUCCIÓN

Desde el año 3500 a.c. se han hallado vestigios de comunicaciones a partir de signos

abstractos dibujados en papel hecho de hojas de árboles, con el pasar de los años se fueron

perfeccionando y luego transmitían mensajes a distancia con señales de fuego, esto no

quiere decir que nada más se comunicaban de esta forma, también lo hacían mediante el

habla. Poco a poco establecieron otras técnicas como sonidos de tambor, palomas

mensajeras y señales luminosas, fue entonces donde se inicio el camino de la historia de las

telecomunicaciones.

Con el pasar de los años el hombre fue perfeccionando sus técnicas de

comunicación y para la década de los 50, específicamente en el año de 1750 cuando

Benjamín Franklin con su famoso experimento de la cometa estableció la ley de

conservación de la carga y determino que debían haber cargas positivas y cargas negativas.

A partir de la anterior fecha hasta entonces se han realizado múltiples experimentos

que hoy en la actualidad continúan mejorándose e innovándose mediante la reingeniería. En

el mismo orden de ideas, las telecomunicaciones han formado y forman parte fundamental

del desarrollo social, cultural y político de la comunidad mundial gracias a sus grandes

aportes beneficiosos que facilitan y ayudan al desempeñar excelente de las comunicaciones

en todo el mundo.

Las comunicaciones en la actualidad se realizan a través de comunicaciones

eléctricas, esto se debe a que se puede transmitir las señales eléctricas a distancias mucho



más largas (teóricamente a cualquier distancia en el universo) y con velocidad sumamente

alta (

) a través de medios altamente especializados para realizar este tipo de

labores.

Existen diversos tipos de medios de comunicación pero en el presente trabajo se

hablara sobre La Antena.



ANTENAS

La invención de las antenas o fabricación de las mismas no fue estudiada hace

pocos días, esta se remonta en el año de 1750 cuando Benjamín Franklin con su famoso

experimento de la cometa estableció la ley de conservación de la carga y determino que

debía haber cargas positivas y cargas negativas, de aquí se desarrollo el pararrayos.

Una antena se define con un dispositivo que sirve para transmitir y recibir o energía

electromagnética. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de

onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre, eficazmente

de una manera prescrita. Físicamente una antena es una estructura de material conductor al

cual se le aplica una señal eléctrica y esta es radiada por el espacio libre en forma de onda

electromagnética.

Existe una gran cantidad de maneras de lograr la transferencia de energía

electromagnética desde el alimentador al espacio por lo que las antenas pueden ser

físicamente muy diversas. Por ejemplo, hay antenas formadas por lentes que enfocan la

radiación en una particular región del espacio, antenas formadas por ranuras en una guía de

ondas, etc., pero las antenas más populares están formadas por elementos metálicos con una

geometría especial en función de la frecuencia de operación.

Las antenas tienen ciertas características muy importantes y singulares en ellas, las

cuales son:

La antena debe transferir la máxima cantidad de energía desde el cable o guía-onda

procedente del transmisor hacia la dirección donde se encontrará la estación



receptora correspondiente. Para ello, la impedancia característica de la antena debe

acoplarse a la impedancia del cable o guía de onda a la cual está conectada.

Los cables coaxiales se producen con impedancias de 50 o 75 ohmios. En televisión

se utiliza frecuentemente el valor de 75 ohmios, pero en todas las demás

aplicaciones el valor predominante es de 50 ohmios y es el que utilizaremos en esta

unidad. Cuando la impedancia de la antena es diferente a la de la guía-onda o cable

que la alimenta, parte de la energía entregada a la antena se reflejará hacia el

alimentador donde puede inclusive causar daños en el transmisor. En todo caso

disminuye la cantidad de energía disponible para la comunicación, por lo que es

necesario siempre esmerarse para lograr que la impedancia del alimentador se

acople a la de la antena.

Las pérdidas por desacoplamiento de impedancia son fácilmente calculables.

Un aspecto fundamental de las antenas es el principio de reciprocidad, que establece

que el comportamiento de la antena en transmisión es idéntico al comportamiento

de la antena en recepción. Esto permite enfocar nuestras ideas hacia la transmisión o

recepción, según sea más fácil, y luego extender el concepto hacia el

comportamiento recíproco. Así, una antena que transmita máxima señal en una

dirección dada, también recibirá máxima señal en esa dirección.

Ganancia de la antena

Diagrama de radiación o patrón de radiación

Ancho del haz

Impedancia de entrada

Polarización

Otras características, entre las cuales se encuentra el cociente entre la ganancia del

lóbulo principal y el lóbulo trasero o (en Ingles: “Front to back ratio”), la Pérdida

de retorno y el Ancho de banda.



Cuando se trabaja con una antena, se estudia ciertos datos que son importantes parael análisis de la misma y que la caracterizan, estos datos son: La Radiación, La

Polarización, Dipolos, modos de propagación de una antena Dipolo, Aislamiento de una

Antena, Tipos de Antenas entre oras cosas que se van a referir con respecto a la finalidad

que se le desee dar.

En la Radiación se estudia:

1) Las ecuaciones de Maxwell para la obtención de las ecuaciones de circuitos: el

postulado fundamental de la inducción electromagnética nos asegura que un acampo

magnético variable con el tiempo origina uno eléctrico. Esta aseveración ah sido

confirmada con numerosos experimentos.

“Forma Diferencial”

( ⁄ )

( ⁄ )

“Forma Fasorial”

( ⁄ )

( ⁄ )



2) La Teoría del potencial

3) Intensidad de radiación

4) Patrón de radiación

5) Ganancia directiva

6) Ganancia de potencia

7) Ganancia relativa de potencia

8) Eficiencia de la antena

9) Impedancia de entrada de la antena

10) Eficiencia de radiación

11) Apertura ó área efectiva

12) Relación directividad – área efectiva.

Existen diversos tipos de antenas, cada una de ellas tiene una función y finalidad

diferente al igual que tienen sus ventajas y desventajas, así también se clasifican, quepueden basarse en:

Frecuencia y tamaño.

Directividad.

Construcción física.

Tipo de aplicación.

Ahora se mencionara los tipos de antenas a continuación:

Dipolo de media onda.

Dipolo doblado

Monopolo

Antena Yagi-UDA



Log-Periódica (LPDA)

Antena de lazo o “loop”

Antena Omni-direccional Antena Sectorial Reflector Parabólico

Antena Plana o “Patch”

Reflectores planos y de esquina

Antena guía-onda

Antena Helicoidal

Antena Ranurada

Vale resaltar que la más sencilla es el dipolo de media onda.

Reflector Parabólico o Antena Parabólica

Este tipo de antenas sirve 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, y 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 grilla de alambre.

Comercialmente hay varios fabricantes que producen estas antenas y se consiguen a

veces de segunda mano a precios muy atractivos.

Como la frecuencia de operación depende solamente del elemento activo o

alimentador, reflectores utilizados para aplicaciones satelitales a frecuencias más altas

pueden perfectamente ser utilizados a otras frecuencias dotándolos del alimentador

adecuado, como se ilustra en la figura que encuentra más abajo. Las antenas parabólicas

son las preferidas para enlaces a larga distancia, especialmente en frecuencias de

microondas como las que nos interesan.



“ Reflector parabólico de malla alimentada con una antena guía-onda a 2,4 GHz”

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 muy pequeña, una antena parabólicaes 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.

Vale también acotar que un reflector parabólico se obtiene haciendo girar una

parábola en torno a su eje OZ (imagen 1) que es el eje de simetría en el cual se encuentra el

foco F. La distancia focal es f = OF. Las coordenadas X y Z de todos los puntos de la

parábola (M) satisfacen la relación: X2 = 4fZ.



Según el diámetro de la parábola D, el foco F puede encontrarse en el interior o en

el exterior del paraboloide (Z = Z1). La relación f/D es una característica importante.

Cuando Z1 = f, se tiene, un diámetro D tal que: (D/2) = 4ff, de donde D/2 = 2f, es decir D =

4f, con lo que f/D =1/4 = 0,25.

No se construyen antenas cuya profundidad sea superior a su distancia focal; en la

práctica, f/D se sitúa entre 0,25 y 0,6.

Cuando un haz de rayos paralelos al eje OZ de la parábola se focaliza en el foco F se

produce la recepción. Por su parte, la emisión se basa en que toda fuente situada en F emite

un haz paralelo. Por el contrario, un haz de rayos que forme un ángulo con el eje OZ no se

focaliza en el foco y es eliminado.

La energía del haz concentrado en el foco depende de:

La superficie S de la abertura del reflector.

La longitud de onda de la radiación.

La eficacia E del reflector, que depende de su calidad.

La ganancia en la dirección del eje de la parábola es: G = 4π SE/Ω2; y en

decibelios: G =10 log (4πSE/Ω2).

Duplicando el diámetro de la parábola se cuadruplica la ganancia, que aumenta con

el cuadrado de la frecuencia. La eficacia de una antena parabólica depende de:

La precisión de la curva de la superficie del reflector.

El coeficiente de reflexión de esta superficie.

Las reflexiones y absorciones parásitas debidas al cornete y a la montura situados en la

abertura de la parábola.



El desbordamiento debido a una iluminación incorrecta del reflector por la fuente.

Según la fórmula de la ganancia, se ve que las irregularidades en la superficie de la

parábola se hacen más importantes conforme aumenta la frecuencia.

“Imagen 1”

“ Recibir las emisiones de televisión procedentes de satélites no es privativo

de unos pocos. Ha tenido lugar una clara evolución. Basta con observar el

gran número de antenas parabólicas distribuidas por ciudades, pueblos y

lugares más aislados. Esta situación es, en cierto modo, lógica, ya que en

lugares apartados la recepción de las emisiones terrestres es de peor

calidad, mientras que la proveniente de satélites puede ser perfecta. Dado

que la antena parabólica es elemento fundamental para una buena

recepción vía satélite, aquí nos centraremos en las características de este

tipo de antena, pensando en el técnico instalador ”

.(Alfredo Borque Palacín)



Estas irregularidades pueden provenir de una deformación o de un velo formado en

el reflector durante su transporte o en la operación de montaje. También pueden deberse a

la presencia de remaches, pernos o tornillos de fijación que alteran la superficie de la

parábola.

Hay que recordar que una irregularidad de 0,1 mm produce una pérdida de ganancia

del 3% a 12 GHz, y una irregularidad de 1mm, una pérdida de ganancia del 20%.

En general, se consigue una eficacia comprendida entre el 65 y el 70%.

La anchura del haz de una antena parabólica depende del diámetro de la parábola y

de la frecuencia; la anchura del haz principal (B) viene dad a -3dB, Imagen 2.

El lóbulo principal de la antena corresponde a la potencia máxima de la señal

recibida. Los lóbulos parásitos traducen el fenómeno de difracción en los bordes de la

parábola. Así, pueden detectarse las señales parásitas.

“Imagen 2”



Cuanto mayor es el diámetro de la parábola para una frecuencia dada, más elevada

es la ganancia y más estrecho el lóbulo principal. Se recibe sólo la señal, disminuyendo el

ruido. Pero, por el contrario, debe afinarse el apuntamiento de la antena sobre la posición

orbital del satélite.

Los lóbulos parásitos son función de las imperfecciones de la superficie de la

parábola y de su montaje.

El diagrama de Radiación de una antena parabólica se puede apreciar en la siguiente

imagen:

Y la ganancia de la misma será:

Donde:

D es el diámetro del paraboloide.

es la longitud de onda.

Estos diferentes parámetros demuestran la importancia de la elección de las antenas

en función de su calidad y del cuidado que ha de ponerse en su montaje.



Existen valores ya tabulados que mostrara en la siguiente tabla 1, donde se ofrece la

anchura del lóbulo principal a -3dB en función del diámetro de la parábola para la banda

Ku a 12 GHz.

“Tabla 1”

La antena capta y transmite al receptor el ruido térmico irradiado por la superficie

del suelo.

Una buena antena debe tener una temperatura de ruido débil; es decir, captar la

menor cantidad posible de ruido térmico por sus lóbulos parásitos. Su temperatura de ruido

disminuye cuando el ángulo de elevación es importante, y es mínima cuando la antena

apunta hacia el cenit.

A este ruido externo se añade el ruido térmico interno producido por el receptor,

principalmente por el primer nivel del cabezal situado en el foco de la parábola. Es preciso

conseguir la relación señal/ruido más importante posible.



La antena clásica de foco primario o centrado está muy difundida, no obstante

presenta algunos inconvenientes. El cornete y el amplificador convertidor situados en el

foco ocupan una cierta superficie que intercepta una parte de las ondas que llegan del

satélite, disminuyendo así la ganancia de la antena.

Las ondas difractadas por el borde del reflector y por los lóbulos parásitos aumentan

el ruido térmico.

La nieve (dado el caso de que la zona presente este tipo de clima) y el polvo se

quedan en la parábola durante un cierto tiempo, aumentando así las irregularidades de la

superficie, Imagen 3a.

La antena de foco desplazado (off-set) es una alternativa interesante, si bien resulta

más cara.

En ella, el reflector está formado por una parte de la parábola, de manera que el

cornete situado en el foco aparece decalado. Esta disposición elimina el efecto deenmascaramiento o de sombra que el cornete y su soporte producen sobre las ondas

incidentes que llegan del satélite, con lo que se obtiene una mejor eficacia de la antena,

imagen 3b.

Cuanto más orientado hacia el cielo está el cornete, menos ruido captará. Una

antena semejante apuntada hacia el satélite aparece casi vertical; así, la nieve, la lluvia y el

polvo no pueden fijarse en ella, con lo que las irregularidades de superficie no aumentan.



“Imagen 3”

El tercer tipo de antena no es parabólico, se trata de la antena plana, formada por un

cierto número de dipolos cableados de forma que se obtenga un ángulo de abertura del

lóbulo principal de magnitud similar a la obtenida con las antenas parabólicas, imagen 3c.

La antena rectangular o cuadrada, de poco espesor, contiene igualmente el cabezal y

su polarizador. Debe ser alimentada por una tensión comprendida entre 15 y 24 V en

corriente continúa de 150 mA por el cable coaxial de enlace con el receptor. En salida,

libera una señal FI entre 0,95 y 1,75 GHz.



El primer modelo fabricado de este tipo está destinado a la recepción del intervalo

de 11,7 a 12,5 GHz, y los satélites de alta potencia en polarización circular derecha o

izquierda.

La ganancia de la antena es de 33,5 dB y la del cabezal de 55 dB, con un nivel de

ruido de 2,3dB.

Dicha antena se puede construir en plástico resistente a la lluvia, a la nieve y al

viento, entre -30º C y 60º C.

Su instalación es sencilla gracias al uso de soportes simples que definen su

orientación, ya sea en un tejado, una terraza, la barra de soporte de una ventana, contra un

muro o incluso en el suelo.

Sin embargo, este tipo de antena no tiene una ganancia suficiente para captar

satélites de potencia media, por lo que no se ha prodigado su uso.

El diámetro de la antena parabólica que ha de tenerse en cuenta para el equipo es

función:

Del satélite de menor potencia a recibir.



“ Tabla 2”

Del factor de ruido del cabezal.

De si se trata de una instalación privada o comunal.

La tabla 2 indica el diámetro de las antenas que han de adoptarse en función de la

potencia del satélite en el suelo (PIRE) en decibelios-vatios, y del factor de ruido máximo

del cabezal, para una instalación privada o para una instalación comunal.

Con estas dimensiones de antena y estos factores de ruido, se obtiene en recepción

individual una relación c/n de 13 dB, con una atenuación debida a la lluvia de 1,5 dB y una

muy buena calidad de imagen.

En recepción comunal, se obtiene una relación c/n de 15 dB, con una calidad de

imagen superior.

Estas dimensiones de antena son optimistas cuando la recepción se produce en el

centro de la zona de cobertura del satélite y pesimistas si se refieren a los límites de la zona

para la PIRE indicada. También han de tenerse en cuenta las condiciones locales de

recepción.



CONCLUSIÓN



BIBLIOGRAFÍA

1.

AntennasJohn D. Kraus

McGraw-Hill Book Company,Inc

2. Electromagnetic Waves and Radiating SystemSecond Edition

Edwad C. Jordan

Keith G. Balmain

Prentice-Hall,In

3. Antenna Enginneering HandbookHenry Jasik, Editor

First Edition

McGraw-Hill Book Company,Inc

4. The ARRL Antenna BookAmerican Radio Relay League

20th Edition, ISBN: 0-87259-904-3

5. The ARRL Handbook for Radio AmateursAmerican Radio Relay League

ISBN 0-8759-174-3

6. Documentos disponibles en:

a. H ttp://wndw.net

b. Http://www.timesmicrowave.com/spanish/

c. Http://www.trevormarshall.com/waveguides.htm

d. Http://www.paramowifix.net/antenas/guiaondas_marshall.htmle. Http://www.nec2.org/

Consulta:

Fecha: 12 de abril de 2012

Hora: 5:30 pm

http://www.nec2.org/



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