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Presentacion antenas

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Presentacion antenas

  1. 1. Introducción a lasAntenas Mario Vielma Abril, 2005
  2. 2. Contenido: Introducción Histórica Conceptos básicos Métodos de cálculo de antenas Parámetros de una antena Tipos de antena La antena impresa Simuladores
  3. 3. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  4. 4. Un poco de historia…Franklin, Coulomb, Volta, Ampere, Faraday, Henry Inicios de los estudios en electromagnetismoMaxwell Unificación de la Teoría E.MMarconi Primera comunicación transoceánica (1901)Invención del radar (1930), de forma accidentalRadioastronomía (1930), detección de ruido del centro de la galaxiaII Guerra Mundial, desarrollo de teoría de guías de onda. Gran interésen teoría de microondasMediados siglo XX, telecomunicación espacial, satélites rusos ynorteamericanos.
  5. 5. Avances recientes.. Uso de software para el calculo de antenas. Método de los momentos Mallas Desarrollo de antenas de microstrip Antenas adaptativas mediante el uso de arreglos de antenas Antenas desplegables e inflables (para ser lanzadas junto con el satélite) Radioastronomía, construcción de interferómetros y mejora en algoritmos de cálculo Mejora en instrumentación. (analizadores de redes), y nuevos software de simulación.
  6. 6. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  7. 7. Campo Electromagnético
  8. 8. ¿Qué es una antena? Es un sistema conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas E.M. del espacio. Dispositivos que adaptan ondas guiadas, desde conductores o guías al espacio libre.
  9. 9. Radiación: Ecuaciones de Onda:Radiación: Consecuencia del movimiento acelerado de partículas cargadas. Seproduce un campo E y un campo H.
  10. 10. La antena como adaptador: La antena se puede ver como un adaptador de impedancias de la guía al espacio libre, cumpliendo con el teorema de máxima transferencia de potencia
  11. 11. Regiones de campo: Región reactiva: R1<0.62(D^3/Lambda)^1/2 Región de radiación de cercano: R2<2D^2/Lambda Región de campo lejano: R3>R2 (onda plana)
  12. 12. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  13. 13. Campos en una antena genérica: La idea es poder calcular adecuadamente los campos. De esta forma, podemos diseñar antenas que cumplan las características que requerimos Podemos optimizar diseños
  14. 14. Campos en una antena genérica: Introduciendo un vector potencial A, obtenemos: Luego sólo bastará conocer el valor de A: Y para conocer el vector A, es necesario conocer la distribución de corriente…
  15. 15. Distribuciones de corriente para el dipoloelemental:
  16. 16. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  17. 17. Impedancia de entradaVoltage Standing Wave Ratio (VSWR)DirectividadGananciaPolarizaciónAncho de BandaPattern de Radiación
  18. 18. Radiador isotrópico: Es una antena puntual, que no se puede realizar en la práctica y que radía de igual manera en todas las direcciones:
  19. 19. Impedancia de EntradaEs la razón entre el voltaje y la corriente en los terminales de laantena. Aquí están representados las pérdidas propias delconductor y la resistencia a radiar de la antena al espacio libre.Además, la reactancia representa el campo reactivo de la antenaproducido por el campo cercano.
  20. 20. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Para tener una buena transmisión de potencia entre el transmisor y la antena, es necesario que la impedancia del transmisor sea el conjugado complejo de la impedancia de la antena. El VSWR: medida de desadaptación entre la impedancia del transmisor y de la antena. A mayor VSWR, es peor la adaptación. VSWR=1 Adaptación perfecta. Cuando no hay onda reflejada (| Γ |=0) hay una adaptación perfecta y VSWR=1.
  21. 21. Directividad y Ganancia Ambos parámetros vienen dados por cuánto concentra una antena su radiación hacia una cierta dirección preferente. Es la razón entre esta antena y una antena isotrópica La ganancia se relaciona con la potencia de alimentación La directividad se relaciona con la potencia de radiación Ambas difieren en un factor de eficiencia G= N*D Se miden en dBi (dB) o dBd
  22. 22. Polarización Se le llama polarización de la antena a la polarización del campo eléctrico respecto a un plano de tierra dado. La polarización puede ser lineal, vertical o elíptica. CPL (Cross-Polarization Level) es una medida de polarizaciones no deseadas.
  23. 23. Ancho de BandaEs el rango de frecuencias alos cuales los parámetros deantena son similares a las quetendría si operara en lafrecuencia centralEl estándar es comúnmentepara VSWR≤2 (ó | Γ |≤1/3).
  24. 24. Pattern de RadiaciónEs la representación gráfica de la magnitud relativa de loscampos en el espacioSe presenta generalmente en dos planos, uno que contiene alcampo eléctrico (Plano E) y otro que contiene al campomagnético (Plano H)Aunque también se pueden representar en 3-D Plano EPlano H
  25. 25. LóbulosLos lóbulos son direcciones preferenciales de radiaciónHPBW (Half Power Beamwidth): Ángulo al cual el lóbulo principaltiene la mitad de su potenciaFront to Back: Relación entre el lóbulo principal y el lóbulo trasero
  26. 26. Teorema de ReciprocidadTodos los parámetros vistos son válidos tanto en recepción comoen transmisiónPermite medir de forma más sencilla los parámetros de las antenas
  27. 27. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  28. 28. Formas de clasificar las antenas:Según su formaSegún su gananciaSegún la forma del patternSegún ancho de banda, precio, etc.Según la aplicación habrá una antena con mejores características segúnnuestras necesidades
  29. 29. Antenas de cable Dipolo: Usada principalmente en radiodifusión Ganancia: 2dB, BW: 10%, HPBW: 78º, Directividad: 2.15 dB (1.64 Iso) Monopolo: Usada en radiodifusión Zin: 36.5 [Ohm], Ganancia: 2-6 dB, BW: 10%, Directividad: 3.28 dB Loop: Usada en recepción Ganancia: -2 a 3 dB, BW: 10%, Mejorable con núcleo de ferrita
  30. 30. HéliceDos modos principales de operación: normal y axialOpera en modo normal si el diámetro de la vuelta es pequeñocomparado con el largo de onda, y en modo axial si es comparableModo normal: Radía más bien en forma omnidireccionalModo axial: Radía con gran directividad (> 15dB) el cual aumentacon el número de vueltas y está eléctricamente polarizado. Debido asu gran directividad es apropiado para aplicaciones satelitáles
  31. 31. Bocina (Horn)Son antenas comúnmente utilizadas a frecuencia de microondasGeneralmente usadas como alimentadores de reflectores parabólicosTienen alta ganancia, bajo VSWR, relativamente alto ancho debanda y fácil construcción y diseño.
  32. 32. ReflectoresLos reflectores son elementos usados para mejorar lascaracterísticas de radiación (parabólica) y ancho de banda (yagi)Los reflectores son comúnmente superficies planas, parabólicas,hiperbólicas o lineales
  33. 33. Comparación de ganancia entre las distintasantenas estudiadas…
  34. 34. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  35. 35. Antena impresa o antena microstripSe diseñan a partir de líneas de transmisión. La idea es que laestructura resuene y disipe energía en forma de radiaciónSe compone de un parche radiador sobre un sustrato dieléctrico ybajo éste un plano a tierra
  36. 36. Formas del parcheLa forma dependerá de la aplicación que se requieraLos diseños van desde un simple parche rectangular hasta diseñosfractales. Según el diseño y los materiales será su precio
  37. 37. Ventajas y desventajas… Ventajas: Son livianas y ocupan poco volumen Perfil plano lo cual las vuelve fáciles de adaptar a distintas superficies Bajos costos de fabricación y facilidad para fabricarlas en serie Soporta tanto polarización lineal como polarización circular Fácilmente integrable a sistemas integrados de microondas (MICs) Pueden diseñarse para trabajar a distintas frecuencias Son mecánicamente robustas al ser montadas en superficies rígidas Desventajas Son de pequeño ancho de banda Baja potencia Baja ganancia Limitada potencia Baja pureza de polarización Además, la radiación de los bordes puede afectar los parámetros de las antenas
  38. 38. Técnicas de alimentaciónTécnicas por contacto Alimentación por línea microstrip (BW: 2-5 %, facilidad de fabricación) Alimentación coaxial (BW: 2-5 %, facilidad de matching)Alimentación por linea microstrip Alimentación por cable coaxial
  39. 39. Técnicas de alimentaciónTécnicas sin contacto Alimentación por acoplamiento der apertura (BW: 2-5 %) bajo CPL (Cross Polarization Level) Alimentación por acoplamiento der proximidad (BW: sobre 13%), Ambas son difíciles de construir ya que son multicapa Alimentación por apertura Alimentación por proximidad
  40. 40. Introducción HistóricaConceptos básicosMétodos de cálculo de antenasParámetros de una antenaTipos de antenaLa antena impresaSimuladores
  41. 41. SimuladoresDebido a la complejidad de los calculos para encontrar ladistribución de corriente en estructuras, se hace indispensableel uso de simuladores computacionales.Las empresas más reconocidas son SONNET EM y ANSOFTANSOFT HF: HFSS, Ansoft Designer, NEXXIM (simulacion de circuitos) EM: Maxwell 3D, Maxwell 2D, Simplorer SI (Signal-Integrity) Otros simuladores para elementos de RFDirecciones: www.ansoft.com - www.sonnetusa.com
  42. 42. HFSSSimulación de una antena microstrip: Se pueden simular la magnitud y elvector de campos magnéticos y eléctricos, corrientes superficiales yparámetros de antenas tales como VSWR, Parámetros S, etc.
  43. 43. Optimización de parámetros Para la misma antena anterior, podemos ver su desempeño a distintas frecuencias y distintos modos de alimentación Características de la antena: Antena microstrip, resonante a 7.55 Ghz, de largo L cercano a Lambda/2
  44. 44. Simulación de distintas estructurasCon un apropiado diseño, se puede simular una muy alta variedad deestructuras, tales como bocinas, dipolos, guías de onda y filtros
  45. 45. Comentarios
  • joseSalmoralFernande

    Apr. 10, 2019
  • YosiValdiviaVara

    Nov. 26, 2013

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