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Pontificia Universidad Católica del Perú Estudios Generales Ciencias Líneas de Transmisión

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Líneas de

Transmisión

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Noticias

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¿Cómo llegan las señales desde la

fuente de señal a la antena?

¿Qué cuidado debo tener?

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Líneas de Transmisión

• Encargados de llevar a

la antena la energía

generada por el

Transmisor

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Tipos de cable

• Cable Coaxial • Cable Paralelo

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Desbalanceado y Balanceado

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Desbalanceado y Balanceado

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Caracteristicas del cable

• Impedancia

• Pérdida

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Impedancia

• Es el número que

resulta de dividir el

voltaje entre la

corriente que circula

un circuito

E AC ?

A

V

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Impedancia

• Telefonía 600W

• TV 300W

• Video 75W

• Radio 50W

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Tipos de Cable

CablePotencia nominal a

30Mhz que soportaImpedancia

RG-58 580w 50W

RG-8 1720w 50W

RG-59 720w 75W

RG-11 1400w 75W

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Pérdida

• Las pérdidas de en los cables dependen de:

– Longitud (más longitud, más pérdida)

– Frecuencia (mayor frecuencia, más pérdida)

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Antenas

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Antenas

• Convierte corriente de

radiofrecuencia en

ondas

electromagnéticas y

viceversa

TX/RX

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Antenas• Para que una estación “A” pueda comunicarse con una estación “B”

sin cables de interconexión se necesita transformar la energía de corriente alterna en un campo electromagnético y viceversa.

Son dispositivos selectivos en frecuencia y

directivos en el espacio.

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Antenas• No suelen utilizarse antenas de onda completa por

problemas de adaptación (600 ohmios) a la

impedancias de las líneas de alimentación.

• Las antenas "basicas" usadas son las llamadas antena

de Hertz y la denominada Marconi, que

respectivamente son antenas de media onda y de

cuarto de onda.

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Para que una antena genere un campo electromagnético, se necesita que existan cargas eléctricas en movimiento.

• En el caso de los conductores paralelos, estas cargas son electrones que se mueven a merced del impulso eléctrico de un generador (transmisor).

• Toda carga eléctrica en movimiento acelerado, genera un campo eléctrico y otro magnético (electromagnético), que una vez creado se aleja indefinidamente del conductor.

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Si a un hilo conductor se le aplica corrientealterna, todos los electrones libres se moveránsiguiendo el ciclo de corriente alterna.

• A efectos prácticos es lo mismo considerar que loselectrones se transmiten el movimiento de unos aotros, como considerar que un solo electrón realizatodo el trabajo.

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Este electrón se mueve adelante y atrás siguiendo el ciclo de corriente alterna.

• Si el hilo conductor es infinito no hay problemas para el electrón y sus adyacentes, ya que siempre encuentran espacio para moverse libremente.

• Pero en una antena real el hilo no es infinito

• Si el corte se realiza exactamente por los puntos marcados, el electrón A no tiene problemas para moverse dentro del espacio que le queda.

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Más corta, el electrón tiene que rebotar en el extremo antes de haber llegado al final de su movimiento y lo invertirá de forma distinta (fuera de fase) a como lo hace el impulso de corriente alterna

• Más largo, el electrón A no tendrá problemas, pero el electrón B no podrá realizar el ciclo y, por tanto, intentará invadir el terreno del electrón A para conseguir completar su movimiento, interfiriéndose entre ellos.

• El resultado es el mismo, la corriente se interfiere y queda fuera de fase respecto al impulso de la corriente alterna que lo origina.

¿Qué ocurre si se corta una medida distinta de la indicada?

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Por lo tanto la longitud mínima para que los electrones puedan moverse libremente sin interferirse unos con otros, es de medio Ciclo de la corriente alterna (media longitud de onda).

• Se recuerda que la corriente alterna varía su polaridad, por lo tanto, el electrón se ha desplazado una longitud de onda completa pero, la mitad en un sentido y la otra mitad en el opuesto, es decir, le basta media longitud de onda para no "chocar" con los extremos.

• La explicación teórica de todo esto es que una longitud de media onda es "resonante" o lo que es lo mismo, la corriente y la tensión están en fase y por tanto el hilo se comporta como si fuera una resistencia pura.

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Principio de Funcionamiento de las

Antenas

• Por lo tanto ya se tienen los dos principios básicos del funcionamiento eléctrico de una antena: 1. Resonancia, que se cumple para hilos de media

longitud de onda (evidentemente también se cumple para cualquier múltiplo entero de esa longitud).

2. Impedancia, que depende del tipo de antena y de su construcción e instalación.

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Ondas Estacionarias

• Son variaciones de la

corriente y el voltaje a

lo largo de una línea

de transmisión

• Ocurren cuando la

Antena no es perfecta

TX/RX

PR

PD

Antena Perfecta PR=0

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Ondas Estacionarias

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ROE o SWR

D

R

D

R

P

P

P

P

SWR

1

1SWR PR (%)

1 0

1.06 0.25

1.15 0.5

1.22 1

1.32 2

1.57 5

1.92 10

2.61 20

3 25

3.43 30

5.82 50

Recomentable

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Estudios Generales Ciencias

• Cuando la Impedancia de la Antena y la línea de

transmisión son iguales, no hay PR

• Las diferencias entre impedancias ocacionan PR

• Antes de salir al aire se mide la SWR

• SWR o ROE es lo mismo

• Una antena resuena en la frecuencia que fue hecha

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Características de las Antenas

Polarización

• Dirección que tiene el campo eléctrico de la onda electromagnética (horizontal o vertical). La polarización coincide con la posición del hilo conductor de la antena.

• Para las frecuencias comprendidas entre 3 y 30 MHz, en las que la mayoría de comunicados se realizan por reflexión en la lonosfera, la elección de uno u otro tipo no tiene importancia, ya que la polarización se pierde al haber una reflexión.

• Sin embargo, en frecuencias superiores, donde las reflexiones son muy raras, o bien, siempre que se quiera establecer comunicados por vía directa (sin reflexiones), la antena emisora y la receptora deben tener la misma polarización, ya que en caso contrario las pérdidas son muy importantes.

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Polarización

• Las ondas radiadas por una antena tienen dos tipos de campos uno eléctrico y otro magnético.

• Las dos componentes son ortogonales y perpendiculares a la dirección de propagación.

• La polarización se define como la orientación del campo eléctrico de una onda electromagnética.

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Polarización

• Es la dirección de las líneas de fuerza

eléctricas de una onda de radio

• 2 tipos:

– Horizantales (dipolo, yagui)

– Verticales (moviles)

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Polarización

Director

Reflector

Dipolo

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Polarización

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Características de las Antenas

Ángulo de Radiación

• Resulta evidente que todas las estaciones con las que podemos contactar se encuentran, o bien en línea horizontal o bien más allá del horizonte.

• Las antenas se encuentran encima del suelo, es por esoque se produce una interacción entre el campo electromagnético que sale de la antena y la parte de éste que rebota en el suelo y la combinación de los dos hace que la energía se cancele para ciertos ángulos y que se refuerce para otros.

• El ángulo para el que el refuerzo es máximo se llama ángulo de radiación de una antena

• Curiosamente ninguna antena real situada sobre el suelo tiene su máximo ángulo de radiación en dirección horizontal.

• La máxima radiación siempre ocurre con un cierto ángulo hacia arriba.

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Características de las Antenas

Directividad

• Se denomina directividad a la dirección horizontal en la que se produce el máximo de radiación de una antena.

• Algunas antenas radian igualmente hacia todas las direcciones horizontales, en cambio, otras tienen una o varias direcciones en las que la radiación se ve favorecido.

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Características de las Antenas

Ganancia• Se define como ganancia de una antena la diferencia que existe entre el campo

electromagnético producido por una determinada antena en su dirección más favorable respecto al de otra antena que se toma como patrón. Científicamente se toma como referencia la antena isotrópica, que es una antena ideal que radia uniformemente en todas direcciones.

• Evidentemente no existe tal antena pero, matemáticamente, es muy fácil calcular el campo electromagnético que produciría una antena de ese tipo.

• En la práctica la antena que se usa como referencia suele ser el dipolo, que ya tiene una ganancia de 2,8 dB sobre la antena isotrópica. Esto se debe a que el dipolo es una antena muy simple y fácil de construir, por lo cual se pueden hacer comparaciones directas entre dos antenas sin tener que recurrir a la antena isotrópica que no existe y por tanto no es comparable directamente.

• La ganancia de una antena siempre viene referida a otra, por tanto, no son de fiar las ganancias que no indiquen claramente cuál es la referencia (recordar que el decibelio es una medida comparativa).

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Decibelio

• Antena de referencia

(dipolo)

• Medio de comparación

con un dipolo

Veces mejor dB

1 0

2 3

4 6

8 9

16 12

32 15

64 18

128 21

10 10dB

100 20dBdB=10 log(veces)

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Antena Dipolo de Media Onda

• La antena dipolo es la más sencilla de todas.

• Consiste en un hilo conductor de media longitud de onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca un generador o una línea de transmisión

• Dado que el generador actúa como si solamente empujara los electrones de un lado a otro, tenemos el hilo de media onda visto anteriormente.

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Antena Dipolo de Media Onda

• Material Alambre

• Impedancia de la antena 75

• Ejemplo:

f=7,150Mhz

l=41,96mts

l /2=20,97mts

l /4=10,48mts

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Antena Dipolo de Media Onda

• La longitud de un dipolo debe ser por tanto:

L = 150 / fsiendo f la frecuencia en megahercios.

• Al estar construido con algún material (generalmente cobre) y terminarse en dos puntas que introducen una cierta capacidad que no existe en el conductor continuo, para obtener la resonancia se debe acortar ligeramente esta longitud debido al mismo efecto que el factor de propagación de las líneas de trasmisión.

• Para todos los efectos prácticos, salvo para dipolos en frecuencias muy elevadas en las que el diámetro del hijo puede tener influencia, se puede considerar que acortando la longitud un 5 % se consigue la condición de resonancia. Por lo tanto, la fórmula queda:

L = 142,5 / f

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Antena Dipolo de Media Onda

Radiación

• Es mayor en el sentido

perpendicular del alambre

• Casi cero en la dirección

de las puntas

• Si la altura es igual l/2

tiene buena

direccionabilidad

DIPOLO

RADIACIÓN

Máxima

RADIACIÓN

Máxima

Sin

BALUN

RADIACIÓN

Casi 0

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Antena Dipolo de V Invertida

30cm

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Antena Multibanda

Bigote de Gato

Cable coaxial

Conector de Antena

40 mts

20 mts

15 mts

40 mts

20 mts

15 mts

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Antenas Multielementos

• La más conocida es la

Yagui

• Irradian en una

dirección

• Consta de varios

elementos

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Antenas Yagui

• Elementos

– Director

– Reflector

– Boom

Más de l/2

Menos de l/2

l/2

Director

Reflector

Dipolo

Boom

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Más de l/2

Menos de l/2

l/2

Director

Reflector

Dipolo

Boom

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Antena Vertical l/4

• Instaladas en lugares

de libre obstaculo

• Buen sistema de tierra

• Impedancia

aproximada de 50 ohm

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Temas artículos (clase 10):

• Antenas del tipo Yagui

• Antenas del tipo l/4

• Antenas de telefonía móvil

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Fuentes:• J. Bravo, Material del curso Radiocomunicación, 2013

• Antenas y Líneas de Transmisión

The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physicshttp://www.eslared.org.ve/walc2012/material/track1/03-Antenas_y_Lineas_de_Transmision-es-v3.0-notes.pdf