Your SlideShare is downloading. ×
Introducción a la teoria de ANTENAS
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Introducción a la teoria de ANTENAS

8,993
views

Published on

Principios basicos de las antenas

Principios basicos de las antenas

Published in: Technology

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
8,993
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
342
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Breve reseña históricaLos primeros sistemas de comunicación eléctricos fueron la telegrafía, introducida en1844, seguida por la telefonía, en el año 1878. En estos sistemas, las señales seenviaban a través de líneas de transmisión de dos hilos conductores, que conectaban elemisor con el receptor.Las teorías de las antenas surgen a partir de los desarrollos matemáticos de James C.Maxwell, en 1854, corroborados por los experimentos de Heinrich R. Hertz, en 1887, ylos primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897.La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles aTerranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones.Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centróen elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmente se utilizabanfrecuencias de transmisión entre 50 y 100 kHz, por lo que las antenas eran pequeñascomparadas con la longitud de onda. Tras el descubrimiento del tríodo por De Forest,se puedo empezar a trabajar a frecuencias entre 100 kHz y algunos MHz, con tamañosde antenas comparables a la longitud de onda.A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes(como guiaondas, bocinas, reflectores, etc). Una contribución muy importante fue eldesarrollo de los generadores de microondas (como el magnetrón y el klystron) afrecuencias superiores a 1 GHz.En las décadas de 1960 a 1980 los avances en arquitectura y tecnología decomputadores tuvieron un gran impacto en el desarrollo de la moderna teoría deantenas. Se espera un mayor avance a partir del año 2000.Los métodos numéricos se desarrollaron a partir de 1960 y permitieron el análisis deestructuras inabordables por métodos analíticos. Se desarrollaron métodos asintóticosde baja frecuencia (método de los momentos, diferencias finitas) y de alta frecuencia(teoría geométrica de la difracción GTD, teoría física de la difracción PTD).El avance más importante de la década fue la invención de la ranura resonante. En 1939A. D. Blumlein patentó un cilindro ranurado excitado por una espira, o bien mediante laconexión directa de una línea bifilar a los extremos de la ranura. La polarización eraperpendicular a la dimensión mayor de la ranura. Se propuso una agrupación lineal deranuras. También se descubrieron los efectos de la carga inductiva serie y capacitivaparalelo.Los avances en los generadores de señal permitieron la utilización de los reflectorespropuestos el siglo anterior. Marconi construyó un enlace de 25 Km, a la frecuencia de600 MHz entre el Vaticano y Castelgandolfo con antenas parabólicas con alimentadorescoaxiales.Desde el punto de vista teórico destaca el análisis de las antenas cilíndricas realizadopor King en 1937 y Hallen en 1938. La formulación integral propuesta se sigueutilizando en la actualidad.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 2. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS. BANDAS DE FRECUENCIA frec. frec. Banda Denominación l máxima l mínima mínima máxima Extremely Low ELF Frequency - 3 kHz - 100 km VLF Very Low Frequency 3 kHZ 30kHz 100 km 10 km LF Low Frequency 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km MF Medium Frequency 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m HF High Frequency 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m VHF Very High Frequency 30 MHz 300 MHz 10 m 1m UHF Ultra High Frequency 300 MHz 3 GHz 1m 10 cm SHF Super High Frequency 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm Extremely High EHF Frequency 30 Ghz 300 GHz 1 cm 1 mm BANDAS DE TELEVISIÓN Banda frec. mínima frec. máxima canales I 47 MHz 68 MHz 2,3,4 VHF II 88 MHz 108 MHz FM III 174 MHz 230 MHz 5 al 12 VHF IV 470 MHz 606 MHz 21 al 37 UHF V 606 MHz 862 MHz 38 al 69 UHF BANDAS DE MICROONDAS frec. frec. Banda l máxima l mínima mínima máxima L 1 GHz 2 GHz 30 cm 15 cm S 2 GHZ 4 GHz 15 cm 7.5 cm C 4 GHz 8 GHz 7.5 cm 3.75 cm X 8 GHz 12.4 GHz 3.75 cm 2.42 cm Ku 12.4 GHz 18 GHz 2.42 cm 1.66 cm K 18 GHz 26.5 GHz 1.66 cm 1.11 cm Ka 26.5 GHz 40 GHz 11.1 mm 7,5 mm mm 40 GHz 300 GHz 7.5 mm 1 mmIng. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 3. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS. BANDAS ÓPTICAS frec. frec. Banda Denominación l máxima l mínima mínima máxima Región submilimétrica 300 GHz- 800 GHz 1 mm- 0,4 mm IR Infrarrojo 800 GHZ 400 THz 0,4 mm 0,8 µm V Visible 400 THz 750 THz 0,8 µm 0,4 µm UV Ultravioleta 750 THz 10000 THz 400 nm 12 nm¿Qué es una antena?Es un dispositivo que sirve para transmitir y/o recibir ondas de radio. Convierte la ondaguiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticasque se pueden transmitir por el espacio libre.En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal yesta es radiada por el espacio libre.Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a serdestinadas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, nodeben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base deteléfonos móviles. También es una antena la que está integrada en la computadoraportátil para conectarse a las redes Wi-Fi.), otras veces deben serlo para canalizar lapotencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones deradioenlaces).Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y lalongitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si lasdimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda las antenasse denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de ondase llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda sondirectivas.Circuito equivalente de una antena.La fuente es representada por un generador ideal, la línea de transmisión esrepresentada por una impedancia característica Zo, la antena es representada por unaIng. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 4. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.impedancia Za compuesta de 3 impedancias en serie: Ri, Rr, Xa. La impedancia Rirepresenta las pérdidas por conductor y por dieléctrico. Rr es la llamada “resistencia deradiación” y es una resistencia ficticia utilizada para justificar la potencia que es radiadaal espacio. La reactancia Xa es utilizada para representar la parte imaginaria de laradiación (potencia reactiva).En condiciones ideales se espera que la potencia generada por la fuente seatransmitida en su totalidad a la resistencia de radiación, sin embargo esto no se lograen la práctica debido a que existen pérdidas intrínsecas por conducción y pordieléctrico así como cuestiones de acoplamiento de impedancias por lo que no toda lapotencia es transmitida y se generan 2 tipos de ondas viajando en direccionesopuestas; ondas transmitidas de la fuente hacia la carga y ondas reflejadas en direccióncontraria. Estas ondas en direcciones opuestas generan interferencia constructiva odestructiva que deriva en las llamadas “standing waves” (ondas estacionarias).Principio de radiación de las antenas.Todas las antenas funcionan de manera similar, al conectar una fuente de corrientealterna en los terminales de la antena aparece una distribución de tensión y corriente alo largo de ella, las cuales varían de acuerdo a las dimensiones y tipos de antena. Porejemplo, en la siguiente figura se muestra la distribución de corriente y tensión en unaantena dipolo de media onda, en donde se puede apreciar que los extremos de unaantena son puntos de máxima tensión y mínima corriente.La diferencia de potencial entre los conductores de la antena crea un campo eléctrico,el cual es ortogonal al campo magnético creado por la corriente que circula por ella.Los campos eléctricos y magnéticos creados por la antena alcanzarán valores máximosy mínimos, dependiendo de la magnitud de la corriente. La siguiente figura (a) muestrauna antena dipolo de media onda y la corriente de la fuente de alimentación. Alconectar la fuente figura (b), en el instante t = 0, la corriente en la antena será cero y nose creará ningún campo. Al ir aumentando la corriente hasta alcanzar su valor máximo(t = T / 4) las líneas de campo eléctrico crecen, y se alejan de la antena figura (c) y (d)hasta completar un paquete de líneas que se desprenden de la antena y quedan libresen t = T / 2 figura (e). Durante el semiciclo siguiente se forma un nuevo paquete delíneas de campo eléctrico figura (f), igual al ya formado pero de sentido contrario, elcual empuja las líneas que se habían desprendido de la antena y hace que éstas sedesplacen en una determinada dirección. Proceso que continúa y da lugar a laformación y propagación de ondas electromagnéticas, ya que al campo magnéticoIng. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 5. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.generado por la corriente que circula por la antena se comporta de la misma forma queel campo eléctrico.Propagación.Las ondas electromagnéticas radiadas por una antena tienden a viajar en línea recta,pero existen factores que curvan las ondas haciendo posible las radiocomunicaciones.Dependiendo de la frecuencia usada, la polarización de la onda, las característicasradioeléctricas del terreno, de las condiciones troposféricas e ionosféricas, lapropagación de las ondas electromagnéticas pueden clasificarse en:Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 6. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.• Propagación por Onda de Superficie o Terrestre: f<3MHz. Largo alcance y granestabilidad. Influye mucho el tipo de terreno en la propagación. Este tipo depropagación ocurre para polarización vertical. Ej: Radio AM.• Onda Ionosférica: 3<f<30MHz. Gran alcance con poca estabilidad. La onda se reflejaen las capas ionizadas de la atmósfera estas son D, E, F1, F2 y varían en altitud yespesor dependiendo de la hora del día, mes y año. Ej: Radioaficionados,comunicaciones militares.• Onda Espacial o Troposférica: f >30MHz. A través de la troposfera. Suele exigir visióndirecta. Ej: radioenlaces, telefonía móvil, difusión de televisión terrestre y satélite.La propagación puede ser por:○ Onda Directa: enlaza transmisor con receptor directamente.○ Onda Reflejada: enlace a través de una reflexión en el suelo○ Ondas de Multitrayecto: varias reflexiones de la señal alcanzan el receptor.• Onda de Dispersión Troposférica: con frecuencias f >30MHz. Por reflexiones difusasen discontinuidades. Alcanza una distancia más allá del horizonte.Ruido e Interferencias Ambientales.La señal radiada por una antena transmisora, antes de llegar al equipo receptor, sufreatenuaciones a lo largo de la trayectoria seguida y además es contaminada por ruido einterferencia ambientales.El nivel de la señal necesaria para una comunicación satisfactoria está determinada porel ruido de fondo captado por la antena, procedente de las fuentes cósmicas,atmosféricas o terrestres.En el diseño de un sistema de comunicaciones la intensidad de ruido es un factorimportante para determinar la potencia del transmisor o la máxima distancia que sepuede cubrir con un trasmisor de potencia dada.Los ruidos se pueden clasificar en: • Ruido estático o atmosférico. • Ruido cósmico o galáctico. • Ruido producido por el hombre.Ruido estático o atmosférico: Predominan hasta los 30 MHz. Tiene su origen en losdisturbios eléctricos naturales que se producen en la atmósfera, como son lastormentas eléctricas.Ruido cósmico o galáctico: Predominan hasta 5 GHz. Tiene su origen en la vía láctea, lasgalaxias y el sol.Ruido producido por el hombre: Son ruidos artificiales y provienen de los aparatoseléctricos que usan conmutación (motores o generadores de c.c.), contactos vibrantes,arcos o cualquier mecanismo que dé lugar a chispas eléctricas, el encendido delámparas fluorescentes, etc.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 7. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Parámetros fundamentales de las antenas.El dipolo eléctrico infinitesimal o dipolo ideal se caracteriza por ser un conductor linealde: a) Longitud infinitesimal o de longitud finita mucho más pequeña que la longitud de onda h << λ. b) Diámetro mucho más pequeño que la longitud del conductor d << h. c) Distribución de corriente uniforme.El dipolo ideal no existe aisladamente, pero puede considerarse como parte de unaantena real. De allí, que conocidas las propiedades de un dipolo ideal, se puedandeterminar las propiedades de las antenas lineales, al considerarlas compuestas por ungran número de dipolos ideales, con corrientes de magnitud y fase adecuadas.La mayor parte de las antenas a frecuencias inferiores a 1 MHz se comportan comodipolos elementales, dado que a esa frecuencia la longitud de onda es de 300 m.Haciendo uso de las ecuaciones de Maxwell se puede calcular los camposelectromagnéticos creados por el dipolo ideal en un punto cualquiera.H= Io h4 π jkr+ 1r2 e-jkr senθ aφE= Iohη4 π 21r2+ 1jwϵr3e-jkrcosθ ar+ jkr+1r2+ 1jkr3e-jkrsenθ aθEn donde η representa la impedancia intrínseca del medio, la cual para el espacio librees, 120π ≈ 377 Ω y para los otros medios está dada por:η= με= wμkPotencia radiada por el dipolo ideal.El flujo de potencia por unidad de área en un punto cualquiera P, está dado por elvector de Poynting en el punto.P= E x HLa potencia radiada por el dipolo ideal se obtiene de integrar la componente radial delvector de Poynting sobre una superficie esférica con centro en el dipolo.WT= P dSWT=40 π2hλ2Io2 watt.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 8. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Campos Cercanos y Lejanos.El espacio que rodea a una antena se puede dividir en 3 regiones de forma esférica. Elcampo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo deradiación que se encuentra a gran distancia.* La región de campo cercano reactivo (R → 0) , se refiere al patrón de campo queestá cerca de la antena, y su potencia radiada está constituida en su mayoría porpotencia reactiva. Para la mayoría de las antenas ésta región se ha definido en el rangoR<0,62 D3λ donde: R: es el radio alrededor de la antena, λ: longitud de onda, D:dimensión mayor de la antena.Para dipolos muy cortos o antenas similares esta región queda delimitada por: R< λ2π* La región de campo cercano radiante también conocida como la región deFresnel. Se encuentra limitada en los rangos: R<0,62 D3λ y R<2D2λ . Para antenascortas se puede considerar a esta región para el rango R ≥ λ2π* La región de campo lejano (R >> λ) también conocida como la región deFraunhofer, se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. La potencia radiadaestá constituida en su mayoría por potencia activa. La región se extiende desdeR>2D2λ. Para antenas de cortas dimensiones el rango se puede considerar como R≫λ2πDurante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de lapotencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad delciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción essimilar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campocercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejanocontinua irradiando lejos y nunca regresa a la antena por lo tanto el campo lejano sellama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general es la más importantede las dos, por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular sedan para el campo lejano. El campo cercano se define como el área dentro de unadistancia D2/λ de la antena, en donde λ es la longitud de onda y D el diámetro de laantena en las mismas unidades.Para el campo cercano (r → 0) predominan los términos 1r2 quedando:Hφ= Io h senθ e-jkr4π r2Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 9. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Er= 2Iohηcosθ e-jkr4 π r2Eθ= Iohηsenθ e-jkr4 π r2Para el campo lejano (r >> λ) predominan los términos 1/r quedando:Hφ=jkIoh e-jkr4 π r senθEr=0Eθ=jkηIoh e-jkr4 π r senθParámetros de antenas:• Densidad de potencia radiada.• Diagrama de radiación.• Directividad.• Ganancia.• Polarización.• Impedancia.• Adaptación.• Área y longitud efectiva. Densidad de potencia radiada.La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie enuna determinada dirección. Las unidades son watios por metro cuadrado. Se puedecalcular a partir de los valores eficaces de los campos como:P= E x H= E2Zo Diagramas de radiación.Es la representación gráfica de la magnitud relativa de los campos en el espacio. Sepresenta generalmente en dos planos, uno que contiene al campo eléctrico (Plano E) yotro que contiene al campo magnético (Plano H). Aunque también se puedenrepresentar en 3-D.El diagrama de radiación de una antena se define como la representación gráfica de lascaracterísticas de radiación en función de la dirección angular. Se utilizaráhabitualmente un sistema de coordenadas esférico. Las tres variables de un sistemaesférico son ( r, q, f)Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 10. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.El diagrama de radiación se puede medir colocando la antena en estudio en el centrode una esfera imaginaria y moviendo otra antena a distancia constante de ella.Generalmente, en la práctica se trabaja con el diagrama de radiación normalizado demodo que el valor en la dirección de máxima radiación sea la unidad, es decir:Fθ, φ= EθEθmaxFθ, φ representa el diagrama de radiación normalizado y Eθmax el valor máximo en unaesfera de radio r.La siguiente figura es la representación tridimensional de los campos radiados por unaantena.Dada la dificultad de representar gráficamente el diagrama tridimensional se opta porrepresentar cortes del diagrama en coordenadas polares o cartesianas. Los cortescorresponden a la intersección del diagrama 3D con planos. Fig 1. Representación 3D, con Fig 2. Corte Bidimensional en Fig 3. Encoordenadas Intercepción de los planos coordenadas polares. Cartesianas y escalaIng. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 11. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS. logarítmicaSegún sea la forma del diagrama de radiación, las antenas se pueden clasificar en: • Isotrópicas. Antenas hipotéticas, sin pérdidas que emiten o reciben señales con igual intensidad en todas las direcciones. • Omnidireccionales. Antenas que tienen un diagrama de radiación no direccional en un plano (generalmente en el horizontal) y uno direccional en cualquier plano ortogonal. • Unidireccionales. Antenas que tienen una sola dirección de ganancia máxima. • Multidireccionales. Antenas que tienen la propiedad de radiar o recibir señales más eficientemente en una direcciones que en otras. Parámetros de un diagrama de radiación.Partes de un diagrama de radiación de una antena cualquiera: • Lóbulo principal: Es el lóbulo que contiene la dirección de máxima radiación. • Lóbulos menores: Son todos aquellos lóbulos menores que el principal. • Nulos: Son los puntos en los cuales el patrón se anula. • Ancho del haz para Media Potencia θMP: Es la separación angular entre los puntos donde el lóbulo principal del patrón de potencia es igual a la mitad de su valor máximo, es decir:θMP= θMPI- θMPD radianes. En un patrón de campo estos puntos corresponden a los puntos en donde elcampo tiene un valor de 12. Al ancho del haz para Media Potencia se le denominatambién ancho de 3 dB. Parámetros de un diagrama de radiación.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 12. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS. Directividad (D).Se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, auna distancia, y la densidad de potencia promedio que radiaría a la misma distancia unaantena isotrópica, a igualdad de potencia total radiada.Dθ, φ= P(θ, φ)PavPav= WT4 π r2Sustituyendo, nos queda: Dθ, φ= 4 π Pθ, φr2WTSi no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Directividad se refierea la dirección de máxima radiación, de modo queda: D= 4πB steroradian o radian2Donde B es el ángulo sólido del haz, el cual es el ángulo sólido a través del cual fluiríatoda la potencia radiada si la intensidad fuese constante e igual al valor máximo entodo el ángulo.Una forma aproximada de determinar la directividad es considerando el ángulo sólidodel haz (B) aproximadamente igual al producto del ancho del haz en los puntos demedia potencia (3 dB) de dos planos ortogonales. De modo, que llamando θMP elancho del haz en un plano y φMP el ancho del haz en el plano normal, se tiene:B ≅ θMP* φMP Eficiencia (e).La eficiencia se puede definir como la relación entre la potencia radiada WT por unaantena y la potencia entregada Wt a la misma o la potencia recibida en la antena WR yla potencia en el receptor Wr. La eficiencia es un número comprendido entre 0 y 1.Relacionado con la impedancia de la antena tenemos la eficiencia de radiación y laeficiencia de reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una, que tan buena es unaantena emitiendo señal, y otra, que tan bien está adaptada una antena a una línea detransmisión.La Eficiencia de Radiación se define como la relación entre la potencia radiada por laantena y la potencia que se entrega a la misma antena. Como la potencia estárelacionada con la resistencia de la antena, podemos volver a definir la Eficiencia deRadiación como la relación entre la Resistencia de radiación y la Resistencia de laantena:La Eficiencia de Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la relación entre la potenciaque le llega a la antena y la potencia que se le aplica a ella.En la práctica las antenas de VHF y banda superiores pueden alcanzar valores muycercanos a 1.e= WTWt= WrWR Ganancia.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 13. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potenciaradiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, aigualdad de distancias y potencias entregadas a la antena. P ( θ ,φ ) G ( θ ,φ ) = We 4π r 2Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Ganancia se refiere a ladirección de máxima radiación. P G = max We 4π r 2En la definición de Directividad se habla de potencia radiada por la antena, mientrasque en la definición de ganancia se habla de potencia entregada a la antena. Ladiferencia entre ambas potencias es la potencia disipada por la antena, debida apérdidas óhmicas.La relación entre la ganancia y la directividad es la eficienciaSi una antena no tiene pérdidas óhmicas, la Directividad y la Ganancia son iguales.Polarización.Se le llama polarización de la antena a la polarización del campo eléctrico respecto a unplano de tierra dado.En función de cómo sea el desfase de las componentes x e y del campo eléctricogenerado tendremos tres tipos de polarizaciones: Lineal: Si tienen la misma fase o están en contrafase (desfase= 0 ó π). Circular: Si están desfasadas π/2 o 3π/2 y sus magnitudes son iguales. Elíptica: Si están desfasadas y tienen magnitudes iguales o distintas.La importancia de como polariza una antena el campo eléctrico generado radica en que,una antena está preparada para captar un campo eléctrico de su misma polarización(principio de reciprocidad). Es decir, que si una antena genera un campo eléctrico conpolarización lineal en transmisión, esa misma antena usada como antena receptoraestará preparada para captar de forma eficiente un campo eléctrico de su mismapolarización. Esto no impide que pueda captar parte del campo eléctrico de una antenacon distinta polarización, sino que sólo captará una parte de la señal recibida.Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada,dependiendo de la polarización del vector del campo eléctrico con respecto al planohorizontal la polarización puede ser vertical u horizontal.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 14. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal:E= x ej(wt-kz)E=x+ 0,5 yej(wt-kz)Si la figura trazada es un círculo, la onda se denomina circularmente polarizada. Elsentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador,determina si la onda está polarizada circularmente hacia la derecha o hacia la izquierda.Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular hacia laderecha. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización escircular hacia la izquierda.Para entender esto piensa que el campo eléctrico describe a lo largo del tiempo unaseñal circular similar a lo que es la rosca de una tuerca y que la antena receptora es untornillo que también tiene una rosca. Si giras la tuerca hacia el lado contrario de la roscadel tornillo la tuerca no entra en el tornillo y sin embargo si la tuerca gira hacia elmismo lado de la rosca del tornillo sí que entra en el tornillo. Circular ElípticaEl mismo convenio se aplica a las ondas con polarización elíptica.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 15. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entrelos ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valorescomprendidos entre 1 e infinito.Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variacióntemporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes.Gracias a los diferentes tipos de polarización podemos aprovechar esto para transmitirmás información en una banda de frecuencias. Como sabemos, si dos señales setransmiten moduladas a la misma frecuencia ambas interfieren. Sin embargo, podemosutilizar una polarización lineal vertical para transmitir una señal y una polarizaciónhorizontal para transmitir la otra señal. Gracias a que el plano vertical forma 90º con elhorizontal tendremos una interferencia casi nula, por lo que ambas señales nointerferirán. E=x+ jyej(wt-kz) Polarización circular a la izquierda. E=x-jyej(wt-kz) Polarización circular a la derecha. E=nx+jyej(wt-kz) Polarización elíptica. E=(n+j)x-jyej(wt-kz) Polarización elíptica. Impedancia.La impedancia de entrada de una antena es la impedancia que presenta en losterminales a través de los cuales es conectada al equipo transmisor o receptormediante una línea de transmisión o un circuito de acoplamiento.La impedancia de una antena se define como la relación entre la tensión y la corrienteen sus terminales de entrada. Dicha impedancia es en general compleja. La parte real sedenomina resistencia de antena y la parte imaginaria, reactancia de antena. V Z i = i = Ra + jX a IiSe define la resistencia de radiación como la relación entre la potencia total radiada poruna antena y el valor eficaz de la corriente en sus terminales de entrada, elevada alcuadrado.Se refine la resistencia óhmica de una antena como la relación entre la potenciadisipada por efecto de pérdidas resistivas y la corriente en sus terminales al cuadrado.Por lo tanto la resistencia de antena la podemos considerar como la suma de laresistencia de radiación y la resistencia óhmica. V Z i = i = Ra + jX a = ( Rr + RΩ ) + jX a IiLa eficiencia de una antena se puede obtener a partir de las resistencias de radiación yóhmicas, teniendo en cuenta que es la relación entre la potencia total radiada y lapotencia entregada a la antena.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 16. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Se deberá adaptar la antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia,que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en laadaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y longitud.Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la antena se puededefinir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto.Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Rim(w),dependientes de la frecuencia.Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su impedanciaRim(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia.Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejorse comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de laimpedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia de entrada a la antenaRe. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la frecuencia.Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos resistencias, la resistencia deradiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (Ri). Se define la resistencia de radiación comouna resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría laantena. La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos.Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena.Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de laantena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas,que lo único que hacen es producir grandes pérdidas.La impedancia de entrada de una antena que se encuentra cerca de otras antenas uobjetos se ve afectada por ellos; para su estudio, la antena se considera aislada, demodo que su impedancia de entrada es igual a la impedancia propia de la antena. Adaptación.Las antenas receptoras tienen un circuito equivalente de Thevenin, con una impedanciade antena y un generador de tensión. La transferencia de potencia entre la antena y lacarga es máxima cuando ambas impedancias son complejas conjugadas. 2 VW = a r m 4 RaEn general, si no hay adaptación, la potencia recibida por una carga RL + jX L conectadaa una antena de impedancia Ra + jX a se puede calcular como 2 Va RLWr = ( Ra + RL ) + ( Xa + XL ) 2 2Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 17. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.Se define el coeficiente de adaptación como la relación entre la potencia recibida y lapotencia que se recibiría en el caso de máxima transferencia de potencia. Toma valoresentre 0 y 1. W 4 Ra RLCa = r Wr ( Ra + RL ) 2 + ( X a + X L ) 2 m Área y longitud efectivas.El área efectiva se define como la relación entre la potencia recibida y la densidad depotencia incidente en una antena. La antena debe estar adaptada a la carga, de formaque la potencia transferida sea la máxima. La onda recibida debe estar adaptada enpolarización a la antena. W Aef = r Pi m2En recepción, el área efectiva representa el área equivalente a través de la cual seextrae la energía de las ondas electromagnéticas que llegan a la antena.Expresando el área efectiva en función del ángulo sólido nos queda:Aef= λB m2La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la relaciónentre la tensión inducida en una antena en circuito abierto y el campo incidente en lamisma. V lef = a EiLa longitud efectiva es un parámetro útil para el diseño de antenas lineales. Enparticular, conocida la longitud efectiva de una antena, los campos radiados se puedendeterminar utilizando las expresiones halladas para el dipolo ideal.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/
  • 18. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO MÉRIDA ANTENAS.http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtmlANTENAS Y PROPAGACION. Zulima Barboza de Vielma. ULAMiguel Ferrando, Alejandro Valero. Dep. Comunicaciones. Universidad Politécnica deValencia.http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/http://es.wikipedia.org/wiki/Antenashttp://www.carlosmezquida.com/word/wp-content/archive/Pagina_2_CAPITULO3.pdfhttp://wapedia.mobi/es/Antena?t=3.1.Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/

×