sem1 parametros antena parte 1

7/23/2019 SEM1 Parametros Antena Parte 1

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Mg. Ing. Sergio Martnez M.

ANTENAS Y RADIOPROPAGACIN

Mdulo:

1

Unidad: 1 Semana: 1


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PARMETROSY CARACTERISTICAS

GENERALES


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Orientaciones:

Es importante conocer los parmetros caractersticos de las antenas para poder hacerun anlisis completo para garantizar un diseo optimo y efectivo.

Se sugiere revisar los parmetros de las antenas que se encuentran en la librera de

los programas simuladores de antenas que se entregaron al inicio de las clases.

Contenidos Temticos.

Parmetros caractersticos de las antenas:

- Diagrama de radiacin

- Ancho de banda

- Directividad

- Ganancia

- Eficiencia- Impedancia de entrada

- Anchura de haz

- Polarizacin

- Relacin Delante/Atrs

- Resistencia de radiacin


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Una antenaes un dispositivo (conductor metlico) diseado con el objetivo de emitir o

recibir ondas electromagnticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transformavoltajes en ondas electromagnticas, y una receptora realiza la funcin inversa.

Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo

posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de

radio comercial o una estacin base de telfonos mviles), otras veces deben serlo para

canalizar la potencia en una direccin y no interferir a otros servicios (antenas entreestaciones de radioenlaces). Tambin es una antena la que est integrada en la

computadora porttil para conectarse a las redes Wi-Fi.

Las caractersticas de las antenas dependen de la relacin entre sus dimensiones y la

longitud de onda de la seal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones

de la antena son mucho ms pequeas que la longitud de onda las antenas se denominan

elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman

resonantes, y si su tamao es mucho mayor que la longitud de onda son directivas.


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Parmetros de una antena:

Diagrama de radiacinAncho de banda

Directividad

Ganancia

EficienciaImpedancia de entrada

Anchura de haz

Polarizacin

Relacin Delante/Atrs

Resistencia de radiacin


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Diagrama de radiacin

Es la representacin grfica de las caractersticas de radiacin de una antena, en funcinde la direccin (coordenadas en azimut y elevacin).

Lo ms habitual es

representar la densidad de

potencia radiada, aunque

tambin se pueden encontrar

diagramas de polarizacin o

de fase. Atendiendo al

diagrama de radiacin,

podemos hacer una

clasificacin general de los

tipos de antena y podemosdefinir la directividad de la

antena (antena isotrpica,

antena directiva, antena

bidireccional, antena

omnidireccional,)


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Ancho de haz

Es el margen angular de direcciones en las queel diagrama de radiacin de un haz toma un

valor de 3dB por debajo del mximo. Es la

direccin en la que la potencia radiada se reduce

a la mitad.

Relacin de lbulo principal a secundario (SLL)

Es el cociente en dB entre el valor mximo dellbulo principal y el valor mximo del lbulo

secundario.

Relacin delante-atrs (FBR)Es el cociente en dB entre el valor de mxima

radiacin y el de la misma direccin y sentido

opuesto

Los parmetros ms importantes del diagrama de radiacin son:

Direccin de apuntamiento

Es la de mxima radiacin. Directividad y Ganancia.Lbulo principalEs el margen angular en torno a la direccin de mxima radiacin.

Lbulos secundariosSon el resto de mximos relativos, de valor inferior al principal.


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Ancho de bandaEs el margen de frecuencias en el cual los parmetros de la antena cumplen unas

determinadas caractersticas. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de

polarizacin, de ganancia o de otros parmetros.

DirectividadLa Directividad (D) de una antena se define como la relacin entre la intensidad de

radiacin de una antena en la direccin del mximo y la intensidad de radiacin de una

antena isotrpica que radia con la misma potencia total.

La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades logartmicas (dBi)

como:

Ganancia

Se define como la ganancia de potencia en la direccin de mxima radiacin. LaGanancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia

en las zonas indicadas en el diagrama de radiacin.

La unidad de Ganancia (G) de una antena es el dBd o dBi, dependiendo si esta se define

respecto a un dipolo de media onda o a la isotrpica


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EficienciaRelacin entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.

Tambin se puede definir como la relacin entre Ganancia y Directividad.

Impedancia de entradaEs la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relacin entre la tensin y la

corriente de entrada. . La impedancia es un nmero complejo. La parte real de laimpedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La

resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiacin y la resistencia de

prdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de

entrada.

Anchura de hazEs un parmetro de radiacin, ligado al diagrama de radiacin. Se puede definir el ancho

de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es

igual a la mitad de la potencia mxima (en la direccin principal de radiacin).


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PolarizacinLas antenas crean campos electromagnticos radiados. Se define la polarizacin

electromagntica en una determinada direccin, como la figura geomtrica que traza el

extremo del vector campo elctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo.La polarizacin puede ser lineal, circular y elptica. La polarizacin lineal puede tomar

distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45, -45). Las polarizaciones circular o

elptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrgiras o levgiras), segn el sentido de

giro del campo (observado alejndose desde la antena).

En el marco de antenas se define un coeficiente de desacoplo por polarizacin. Este mide

la cantidad de potencia que es capaz de recibir una antena polarizada de una forma con

una longitud efectiva de un campo elctrico incidente con una determinada polarizacin .

De este modo, el coeficiente de desacoplo por polarizacin se define como:

De esta manera, obtenemos la fraccin de potencia que finalmente la antena es capaz de

recibir, multiplicando la potencia incidente en la antena por este coeficiente definido

anteriormente, de la forma:


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Relacin Delante/AtrsEste parmetro se define como la relacin existente entre la mxima potencia radiada en

una direccin geomtrica y la potencia radiada en la direccin opuesta a esta.

Cuando esta relacin es reflejada en una grfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back)

es la diferencia en dB entre el nivel de la mxima radiaccin y el nivel de radiaccin a 180

grados. Este parmetro es especialmente til cuando la interferencia hacia atrs es crtica

en la eleccin de la antena que vamos a utilizar.

Esta relacin, adems lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que

es la antena en el rechazo de las seales provenientes de la parte trasera. Rara vez es

verdaderamente importante, ya que la interferencias por la parte trasera no ocurren

habitualmente, pero puede suceder.

La relacin F / B no es un nmero muy til, ya que a menudo vara enormemente de uncanal a otro. Por supuesto, si se tiene el patrn de radiacin, entonces no se necesita la

relacin F/B.


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Comparando una antena yagui con una parablica, podemos ver que para la antena yaguitenemos una relacin F/B de aproximadamente 15 dB (segn modelo y fabricante)

mientras que para la parablica la relacin F/B es >35dB (segn modelo y fabricante). Deesta forma observamos como es "de buena" una antena respecto al rechazo de sealespor la parte trasera. Cuanto mayor sea este parmetro en las antenas parablicas mejor

ser.

Los 15 dB de la antena yagui lo podemos interpretar tambin como la atenuacin que

tendramos en el sistema, en caso de captar una onda rebotada por ejemplo de un edificio,por la parte trasera de esta.


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DIAGRAMAS DE RADIACIN DE UNA ANTENA.

En trminos generales, la antenas omnidireccionales tienen una caracterstica que es

deseable cuando se requiere cubrir un rea en torno a un punto y es la de radiar laenerga del transmisor en todas direcciones.

Tambin es sabido que los enlaces en WIFI deben tender a evitar las obstrucciones, que

producirn prdidas, y la forma de evitarlas es elevando la altura de las antenas.

Considerando slo lo anterior, pensaremos que una antena omnidireccional, de alta

ganancia, instalada a la mayor altura que podamos, sera una buena solucin para darcobertura dentro de un rea en torno al Punto de Acceso. Sin embargo, hemos omitido

un factor importante en nuestra conclusin que, en ocasiones, produce un resultado

inesperado, llegando a pensar que nuestra antena es de mala calidad o simplemente

presenta algn tipo de falla, gastando importante tiempo en descubrir el problema.


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Si observamos las especificaciones tcnicas de las antenas, observaremos que los

fabricantes nos muestran unos grficos llamados diagramasde radiacinen dos planos. El

horizontal y el vertical. Habitualmente hacemos caso omiso a esta informacin,preocupndonos principalmente de la ganancia de la antena, creyendo que contra ms alta,

mejor.

Si nos ponemos a pensar un poco, veremos que los fabricantes de las antenas publican

aquella informacin que es relevante de conocer de forma tal que, el diseador del

sistema, tenga todos los antecedentes necesarios para hacer una adecuada eleccin. Todaslas antena unidireccionales de la misma ganancia, no son iguales.

Los diagramas de radiacin no son otra cosa que la representacin grfica de la magnitud

en que una antena radia su energa y en qu direccin, esto proyectado en el plano vertical

y horizontal.

En el caso de las llamadas omnidireccionales, la energa se irradia en 360 en torno a la

antena, pero en el plano horizontal y el grfico que nos muestran los fabricantes es similar a

este:


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La siguiente figura muestra el diagrama de radiacin, en el plano vertical, correspondiente a

la misma antena anterior


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Con respecto al plano vertical, se podr observar que depender del modelo y el fabricante,

es decir que, aqu est la diferencia ms notoria entre los distinto modelo y fabricante.

Para mejor comprensin, mostramos ambos diagramas combinados, en 3D.


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Otro ejemplo de diagrama direccional


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A continuacin observamos un patrn de radiacin de una antena Yagi de 10 elementos

en coordenadas rectangulares.

Esta grfica muestra completamente el comportamiento para todos los ngulos, sin

embargo es difcil hacer la abstraccin a un entorno de trabajo real. Por esta razn es

ms comn encontrar los patrones de radiacin en coordenadas polares como se

muestra a continuacin:


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Para la Antena direccional genrica.


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Para la Antena Yagui.


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Resistencia de radiacinCuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte, se

convierte en calor disipndose. Cuando se habla de resistencia de radiacin, se hace

teniendo en cuenta que no se puede medir de forma directa.

Si se reemplaza la antena por la resistencia de radiacin, esta, hara su trabajo, es decir,

disipara la misma cantidad de potencia que la irradiara la antena. La resistencia de

radiacin es igual a la relacin de la potencia radiada por la antena dividida por el cuadradode la corriente en su punto de alimentacin.


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Este tipo de antena es de bajo costo y fcil

desarrollo, corresponden a 4 o 5 elementos de del tamao de la longitud de onda, por lo

que es preferible usar frecuencias altas, en

especial para construcciones caceras. Uno de

los elementos va perpendicular al plano de

tierra y el resto a un ngulo de 30 o 40 grados

respecto al plano de tierra en direccincontraria al primer segmento.

Un ejemplo de esta antena se muestra en la

grfica. La ganancia de esta antena se

encuentra del orden de 2 a 4 dBi. Y es posible

variar levemente las dimensiones para lograrmejorar la ganancia en alguna direccin.

de longitud de onda con plano de tierra


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Antena Yagui

Cuenta con un elemento activo que es el encargado de emitir la seal y a dnde va

conectado el cable o gua de onda a usar, este elemento es equivalente a un dipolo de

media onda de alimentacin central, este elemento puede ser acompaado porreflectores que concentran la seal en los dems elementos, llamados directores, cuya

longitud es de la longitud de onda de la seal usada y su distancia de separacin va

entre 0.2 y de la longitud de onda.

Es una antena direccional donde la direccin es paralela hacia donde mira el eje que

sujeta los directores. La ganancia depender del nmero de directores. El ancho del hazes de 10 a 20 grados y la ganancia de 10 a 20 dBi.


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Antena dipolo de onda

La resistencia de radiacin de esta antena es la misma resistencia de entrada si la antena

se considera sin perdidas. Sin embargo, para poder explicar el tamao, se ha demostrado

que cuando l=0.485 la parte reactiva de la impedancia se vuelve cero y el elemento se

vuelve resonante, aspecto importante para una antena (como se habla en la primera parte

del documento). Es por esto que la longitud se aproxima a la mitad de la longitud de onda.

Y debido a la resistencia de radiacin, los cables coaxiales se disean para tener una

impedancia de 75 Ohm.

Su nombre se debe a que su longitud es de media

longitud de onda, anteriormente hablamos de la antena

yagi, la cual parta de un dipolo de media onda. Al hacer

un anlisis similar al realizado con el dipolo hertziano

obtenemos que la resistencia de radiacin de esta

antena es aproximadamente 73 ohm y la potencia de

radiacin de:


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Actividades de investigacin sugerida:

Investigue los rangos ms efectivos de los parmetros de las antenas ms comunes del

mercado.

Importante hacer nfasis en directividad, ancho del haz y ancho de banda.


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gracias

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