6.5 Tipos mas comunes de antenas

TIPOS MÁS COMUNES DE ANTENAS,[object Object],Contenido,[object Object],1.- Tipos más comunes de antenas.,[object Object],2.- Antenas pequeñas y antenas resonantes. ,[object Object],3.- Antenas de banda ancha.,[object Object],4.- Grandes antenas. Reflectores.,[object Object],5.- Agrupaciones de antenas. ,[object Object],6.- Sistemas de antenas inteligentes.,[object Object],Objetivo,[object Object],Describir los tipos más comunes de antenas, clasificados según su longitud eléctrica, el ancho de banda de frecuencias en el que operan y su inteligencia.,[object Object],Tema 5 de:,[object Object],Última modificación:,[object Object],28 de marzo de 2011,[object Object],ANTENAS Y PROPAGACIÓN DE ONDAS,[object Object],Edison Coimbra G.,[object Object],1,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

1.-Tipos más comunes de antenas,[object Object],¿Cuáles son?,[object Object],Todos lo tipos más comunes de antenas que emplea la industria de comunicaciones se basan en un dipolo básico y la mayor parte de ellos son alguna forma modificada de un dipolo de media longitud de onda.,[object Object],¿Cómo se pueden clasificar?,[object Object],Una de las muchas formas de clasificarlas podría ser desde el punto de vista de su longitud eléctrica, el ancho de banda de frecuencias en el que operan y su inteligencia.,[object Object],1,[object Object],Antenas pequeñas y antenas resonantes.,[object Object],Antenas de banda ancha e independientes de la frecuencia.,[object Object],2,[object Object],3,[object Object],Grandes antenas. Reflectores.,[object Object],4,[object Object],Agrupaciones de antenas. ,[object Object],5,[object Object],Sistemas de antenas inteligentes.,[object Object],El dipolo de media onda es la antena básica,[object Object],2,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

2.- Antenas pequeñas y antenas resonantes.,[object Object],¿Qué son las antenas pequeñas?,[object Object],Son antenas de dimensiones mucho menores que  /2. Forman un conjunto útil en frecuencias bajas. Las más comunes son el dipolo corto, el monopolo cortoy las antenas de bobina. ,[object Object],En las bandas de VLF a HF (10 kHz hasta 30 MHz), la construcción de antenas resulta difícil por sus grandes dimensiones físicas. ,[object Object],Monopolo corto,[object Object],La antena de paraguas está formada por un monopolo corto sobre un plano de tierra, terminado en una capacitancia que forman un entramado de hilos. ,[object Object],Antena de bobina,[object Object],Antena pequeña de bobina. Utilizada en receptores de reducido tamaño, para onda media. ,[object Object],Son de longitudes menores que /2.,[object Object],3,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],¿Qué son las antenas resonantes?,[object Object],Son antenas que tienen dimensiones del orden de  /2 . Entre ellas, las de hilo o lineales con diferentes estructuras que se usan en todas las bandas de frecuencia. Las más usadas son los dipolos, monopolos, anillos, hélices resonantes y combinaciones de todas ellas. ,[object Object],Dipolo de media onda,[object Object],El dipolo resonante de  /2 es el más utilizado. La alimentación se realiza con un cable coaxial o con una línea bifilar. ,[object Object],El diagrama de radiación del dipolo es poco directivo y, en consecuencia, la ganancia llega a los 2,15 dBi. La banda de trabajo está limitada a la frecuencia de resonancia.,[object Object],En resonancia su impedancia es resistiva.,[object Object],4,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],Variante del dipolo,[object Object],Antena monopolo,[object Object],Las características de polarización vertical y omnidireccional de un dipolo, se logran con un radiador vertical de /4. Este monopolo se denomina Marconio antena con plano de tierra. Se alimenta con coaxial; el conductor central conectado al radiador y el blindaje a tierra.,[object Object],La tierra actúa como un “espejo” eléctrico al proporcionar el otro /4 de longitud de la antena, haciéndola equivalente a un dipolo vertical. ,[object Object],El plano de tierra puede ser una lámina conductora o 4 ó más varillas metálicas radiando hacia fuera de la base de la antena y con una longitud similar a la de la antena. ,[object Object],Las antenas móviles por lo común son antenas con plano de tierra, con el automóvil actuando por sí mismo como el plano de tierra. La cubierta metálica del auto debe ser lo bastante grande para que el radio del área que representa sea R/4 en la frecuencia más baja de operación.,[object Object],El chasis del auto actúa como una tierra eléctrica.,[object Object],5,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],Contraparte magnético del dipolo,[object Object],Antena en anillo o espira,[object Object],El anillo o espira se considera como la contraparte magnética del dipolo. La espira y el dipolo tienen idénticos diagramas de campo pero con E y H intercambiados. Ambas antenas tienen la misma ganancia de 2.15 dBi.,[object Object],Antena de hélice,[object Object],La antena de hélice o helicoidales produce ondas con polarización circular y recibe ondas con cualquier tipo de polarización. ,[object Object],La ganancia de la antena de hélice es proporcional al número de vueltas y puede ser varios dB mayor que la de un dipolo. Suele utilizarse con las transmisiones por satélite de VHF (30 a 300 MHz). ,[object Object],La espira es la contraparte magnética del dipolo.,[object Object],6,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],Dipolo doblado y elementos parásitos.,[object Object],Una antena muy popular es el dipolo doblado, que se utiliza en antenas de TV en VHF y UHF (30 MHz hasta 3 GHz), ya sea solo o en combinación con elementos parásitos formando la antena Yagi.,[object Object],AntenaYagi,[object Object],La antena Yagi se construye con un elemento excitado, un reflector y varios directores.,[object Object], Mediante este arreglo se consigue que la impedancia de 75  del dipolo, aumente hasta unos 300 . ,[object Object], Para una ganancia de 10 dBi, se necesitan 6 directores, pero con más directores se logran ganancias de hasta 16 dBi.,[object Object],La Yagi es una antena directiva, con un solo lóbulo principal y varios menores. ,[object Object],Además de su ganancia y ancho de haz, la Yagi se caracteriza por su relación frente-atrás, que típicamente alcanza los 15 dB. ,[object Object],La Yagi es una antena directiva.,[object Object],7,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],Complemento del dipolo,[object Object],Si el dipolo se corta de una hoja de metal, deja una ranura. El dipolo y la ranura son complementarios; tienen idénticos diagramas de campo pero con E y H intercambiados.,[object Object],Antena de ranura,[object Object],Las antenas de ranura están asociadas a las líneas de transmisión cerradas como las guías de onda. ,[object Object],Se sitúan de forma que corten las líneas de corriente del modo dominante, generando un campo en la ranura y radiando parte de la potencia que se propaga en la guía.,[object Object],No es frecuente ver antenas de ranura individuales. Normalmente se utilizan para formar agrupaciones de antenas sobre una guía de ondas.,[object Object],Una de las antenas más utilizadas en sistemas de radar de microondas es la guía de onda ranurada.,[object Object],La ranura está asociada a la guía de onda.,[object Object],8,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas resonantes.,[object Object],Antenas impresas,[object Object],Con la aparición de las estructuras impresas como líneas de transmisión en microondas (microstrip), aparece también la antena impresa tipo parche.,[object Object],Antena de parche,[object Object],Consta de un parche metálico impresosobre un sustrato dieléctrico. Sus dimensiones, del orden de , se eligen de tal forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación. ,[object Object],Los circuitos impresos de microondas las usan como una extensión natural de ellos, integradas con parte del circuito pasivo (filtros) o activo (amplificador ) en los mismos sustratos. ,[object Object],Se las encuentra en sistemas de radar, GPS, ,[object Object],sistemas móviles y ,[object Object],sistemas de microondas.,[object Object],Métodos de alimentación,[object Object],Antena de parche o patchantenna.,[object Object],9,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

2.- Antenas de banda ancha,[object Object],Son independientes de la frecuencia,[object Object],Las antenas resonantes tienen una banda limitada alrededor de la frecuencia de resonancia. Para mayores anchos de banda y para alcanzar un comportamiento más uniforme con la frecuencia, evitando efectos resonantes, se diseñan antenas de banda ancha, entre ellas:,[object Object],Antena de onda progresiva,[object Object],Se basan en generar una onda progresiva sobre una estructura radiante. ,[object Object],La onda pierde parte de su potencia por la radiación conforme progresa por la estructura, por eso, en el extremo se instala una carga que recoge la potencia sobrante para evitar las reflexiones.,[object Object],La forma más clásica de este tipo de antena la constituye la antena en Vy su extensión en la antena rómbica. En ella se excita una onda progresiva sobre los hilos situados horizontalmente a un /4 de Tierra.,[object Object],Su uso se ha extendido por su sencillez de montaje, sobre todo en frecuencias de HF y VHF (3 MHz a 300 MHz). ,[object Object],En frecuencias de UHF (300 MHz a 3 GHz) y superiores se usan estructuras impresas con el mismo principio de antena de onda progresiva. ,[object Object],La antena en V es la clásica,[object Object],10,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas de banda ancha,[object Object],Son independientes de la frecuencia,[object Object],La antena espiral se construye plana o sobre un cono. La espiral cónica se considera una espiral plana que se ha envuelto alrededor de un cono dieléctrico, consiguiendo así mayor ganancia. ,[object Object],Antena espiral,[object Object],Se alimenta por un cable coaxial pegado a una cinta conductora, con su conductor interno unido a la otra cinta en el vértice.,[object Object],Todas las antenas espirales tienen polarización circular.,[object Object],Se basa en el principio de escala electromagnética.,[object Object],Si las dimensiones de la antena se amplían en un factor de escala, el funcionamiento se mantiene si se escala también la en el mismo factor. ,[object Object], El límite de frecuencia más baja ocurre cuando el diámetro de la base es /2. ,[object Object], El límite de la más alta cuando el diámetro del vértice es /4. ,[object Object], Así, el ancho de banda está en la relación 1/2 (base a vértice), la cual, para el cono es alrededor de 7 a 1. ,[object Object],La espiral tiene un BW en un intervalo de 7 a 1.,[object Object],11,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Antenas de banda ancha,[object Object],Son independientes de la frecuencia,[object Object],Antena log-periódica,[object Object],La antena log-periódica combina varios dipolos en la misma estructura para conseguir que la antena sea autoescalable por un factor K; lo que significa que si funciona a una frecuencia f, también lo hará a kf, y a k2f, y en general a knf. ,[object Object],La longitud de los dipolos varía de largo a corto y se relacionan en forma logarítmica. ,[object Object], El dipolo más largo tiene una longitud L = /2 en la frecuencia más baja por cubrirse. ,[object Object], El dipolo más corto tiene una longitud L = /2 en la frecuencia más alta por cubrirse. ,[object Object], Así, el ancho de banda depende de la relación del dipolo más largo al más corto. Suelen operar en un intervalo de frecuencias de 4 a 1.,[object Object],Hoy en día, muchas de las antenas de TV en uso son de la variedad logarítmica periódica, con alta ganancia y directividad (D) en los canales de TV en VHF y UHF (30 MHz hasta 3 GHz).,[object Object],La log-periódica tiene un BW en un intervalo de 4 a 1.,[object Object],12,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

3.- Grandes antenas. Reflectores.,[object Object],¿Qué son las grandes antenas?,[object Object],Son antenas de dimensiones mucho mayores que  /2. Entre ellas, las bocinas, cuyas dimensiones en su apertura varían desde una  hasta centenares de . ,[object Object],Antena de bocina,[object Object],Se forma por la extensión natural de la guía de ondas, es decir, por el ensanchamiento gradual de las dimensiones de la guía, manteniendo las características de campo del modo dominante que se propaga en la guía. ,[object Object],Las más utilizadas son la bocina piramidal conectada a una guía rectangular y la bocina cónicaconectada a una guía circular. ,[object Object],Antena de bocina o hornantenna.,[object Object],13,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Grandes antenas.,[object Object],Parámetros de las bocinas,[object Object],Son más directivas (D) cuanto mayor es su apertura. La condición de directividad máxima lleva a una relación entre las dimensiones de la apertura y la para cada tipo de bocina. ,[object Object],Patrón de radiación,[object Object],A mayor apertura, mayor directividad o ganancia,[object Object],14,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Grandes antenas. Reflectores.,[object Object],Reflector parabólico + antena de bocina =,[object Object],Antena parabólica ,[object Object],La antena parabólica es una estructura formada por un paraboloide metálico y una antena alimentadora situada en el foco. Es la más utilizado en aplicaciones donde se requiere una gran directividad. ,[object Object],La reflexión en el reflector transforma la onda incidente esférica en onda plana (fase y amplitud uniformes), produciendo un diagrama muy directivo en la dirección normal al plano de apertura. La antena alimentadora es una bocina, dipolo o hélice.,[object Object],D = Directividad de la antena.,[object Object], d= diámetro del plato, en m.,[object Object],= longitud de onda, en m.,[object Object],El rendimiento de un reflector es de 50% a 60%, debido a la rugosidad del reflector, la sombra del alimentador, la salida de radiación en los bordes, etc. ,[object Object],A mayor diámetro, mayor directividad o ganancia,[object Object],15,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Grandes antenas. Reflectores.,[object Object],Otros tipos de parabólicas,[object Object],Además de la antena de foco primario, existen también otras como la Cassegrain y la offset.,[object Object],Antena Cassegrain,[object Object],Es de reflector doble. En este caso la onda generada en el alimentador se refleja primero en un reflector hiperbólico para producir otra onda esférica que incide sobre el reflector parabólico principal. ,[object Object],L a ventaja de este sistema es que evita llevar la señal con líneas de transmisión hasta el foco. ,[object Object],Antena offset,[object Object],Es de reflector offset o descentrado. Elimina el efecto de la sombra del alimentador tomando una sección asimétrica del reflector. ,[object Object],Tienen ventajas sobre la antena de foco primario.,[object Object],16,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

4.- Agrupaciones de antenas.,[object Object],¿Qué son las agrupaciones de antenas?,[object Object],Son una forma utilizada en grandes antenas consistente en la agrupación (array) de pequeñas antenas idénticas trabajando en común, es decir, alimentadas desde una fuente común mediante una red lineal. ,[object Object],En conjunto, se comportan como una única antena con un diagrama de radiación propio, modificable, pudiendo adaptarse a diferentes aplicaciones o necesidades. ,[object Object],Esta característica se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase (phasedarrays) de la señal que alimenta a cada uno de los elementos del array. ,[object Object],Tipos de agrupaciones ,[object Object],2,[object Object],Según el elemento radiante:,[object Object], Hilos (dipolos),[object Object], Impresas (parches),[object Object], Ranuras,[object Object], Bocinas,[object Object],1,[object Object],Según su geometría:,[object Object], Lineales,[object Object], Planas,[object Object], Conformadas (cilíndricas, esféricas),[object Object],4,[object Object],Según su aplicación:,[object Object], Comunicación (móvil, satelital),[object Object], Radar,[object Object], Goniometría,[object Object],3,[object Object],Según la red:,[object Object], Pasivas (un solo haz, multihaz),[object Object], Activas,[object Object],Adaptativas,[object Object],Agrupación, array o arreglo.,[object Object],17,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Agrupaciones de antenas.,[object Object],Agrupación lineal,[object Object],Se llama así cuando N elementos se agrupan a lo largo de una línea recta, permitiendo controlar el diagrama de radiación en el plano que contiene la línea. ,[object Object], La forma más sencilla de situar los elementos es equiespaciados una distancia d. ,[object Object], La longitud total de la antena en ese caso será L = N × d. ,[object Object], La máxima directividad teórica vendrá dada por D = 2L/.,[object Object], Para que esta ecuación sea válida, la distancia entre los elementos debe ser /2 < d < , caso contrario aparecen lóbulos de difracción.,[object Object],Principio de multiplicación de diagrama,[object Object],Este es el Principio de multiplicación de diagramas, pues es el resultado del diagrama de un elemento multiplicado por un factor que depende solo del número (N), posición y forma de excitación de los elementos (factor de array). ,[object Object],Factor de grupo o array factor.,[object Object],18,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Agrupaciones de antenas.,[object Object],Ejemplo de agrupaciones lineales,[object Object],Agrupación lineal de dipolos,[object Object],Agrupación lineal de dipolos alimentada con una red de líneas bifilares con divisores de potencia simples y estructura en paralelo.,[object Object],Agrupación de ranuras,[object Object],Agrupación de aperturas para antena monopulso,[object Object],Agrupación de parches,[object Object],Agrupación de parches impresos para antenas sectoriales en telefonía móvil.,[object Object],Trabajan como una sola antena,[object Object],19,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Agrupaciones de antenas.,[object Object],Agrupación plana,[object Object],Se llama así cuando los elementos se sitúan en 2D sobre un plano:,[object Object], Permite mayor directividad: la radiación se apunta a cualquier dirección.,[object Object],Permite mayor control: controla la fase relativa entre elementos en una línea y en una columna. ,[object Object],Formas más utilizadas: reticular y circular,[object Object],La reticular sitúa los elementos radiantes en los nudos de una retícula rectangular o triangular. La circular sitúa los elementos sobre circunferencias concéntricas. Son como una agrupación de agrupaciones lineales. Se sigue cumpliendo el principio de multiplicación de diagramas . ,[object Object],Array de 8 guías ranuradas,[object Object],Array de bocinas,[object Object],Array de parches microstrip,[object Object],Bocinas cónicas en una retícula triangular,[object Object],Utilizada por la NASA en la exploración de la superficie de Mercurio.,[object Object],Para altas frecuencias (37 GHz). Alimentación a través de red de guías de ondas.,[object Object],Trabajan como una sola antena,[object Object],20,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Agrupaciones de antenas.,[object Object],Agrupación conformada,[object Object],Se llama así cuando los elementos se sitúan sobre una superficie curva, como un cilindro, un cono, una esfera o sobre otras superficies como el ala de un avión.,[object Object],Ejemplos de agrupaciones conformadas,[object Object],Array cilíndrico de ranuras sectoriales,[object Object],Array cilíndrico de bocinas rectangulares,[object Object],Array de parches,[object Object],Array conformado por estructuras multicapas con elementos impresos.,[object Object],Trabajan como una sola antena,[object Object],21,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

5.- Sistemas de antenas inteligentes.,[object Object],¿Qué son las sistemas de antenas inteligentes?,[object Object],Son una combinación de un array de antenas y un DSP (Procesador Digital de Señales), que optimizan los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente, en respuesta a una señal de interés en el entorno. El más avanzado es el sistema de haz adaptativo.,[object Object],Sistema de haz adaptativo,[object Object], El lóbulo principal apunta hacia la dirección deseada (Ej.: usuario móvil).,[object Object], Los lóbulos secundarios hacia las direcciones de las componentes de multitrayecto de la señal deseada.,[object Object], Los nulos de radiación hacia donde están las fuentes de interferencia. ,[object Object],Ejemplo en la ,[object Object],TV digital,[object Object],22,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Sistemas de antenas inteligentes.,[object Object],Esquema del array de haz adaptativo,[object Object],El diagrama de radiación se hace depender de la señal recibida.,[object Object],Con el control de amplitud y fase de la señal recibida, se sintetiza el diagrama en cada momento, y se lo adapta a una referencia para una recepción óptima.,[object Object],Proceso de control en el array,[object Object], En forma interactivo se obtiene el óptimo de una función error que resulta de comparar la señal recibida con la de referencia.,[object Object], Se minimiza el ruido e interferencia con los que se recibe la señal, si se conocen sus características, como modulación, codificación, dirección de llegada, etc.,[object Object],Este sistema se está utilizando con éxito en diversos sistemas de comunicaciones inalámbricas.,[object Object], Los parámetros contenidos en el algoritmo adaptativo son: la fase con la que llega la señal a cada elemento, la , la distancia entre los elementos y la potencia del ruido captado por cada elemento.,[object Object],Se sintetiza el diagrama en cada instante.,[object Object],23,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

Sistemas de antenas inteligentes.,[object Object],Sistema inteligente MIMO,[object Object],Multiple Input Multiple Output es una tecnología de antenas inteligentes que utiliza varias antenas tanto en el transmisor como en el receptor. ,[object Object],Beneficio del sistema MIMO,[object Object],La múltiples antenas capitalizan los beneficios tanto del fenómeno de multipropagacióncomo de la técnica de diversidad de espacio, para conseguir una mayor velocidad y un mejor alcance del que se consigue con sistemas SISO (single input single output) tradicionales.,[object Object],MIMO se utiliza en redes inalámbricas como las femtoceldas de telefonía móvil y en WiMAX. ,[object Object],FIN,[object Object],Los MIMO capitalizan los beneficios de la multipropagación.,[object Object],24,[object Object],www.coimbraweb.com,[object Object]

6.5 Tipos mas comunes de antenas

6.5 Tipos mas comunes de antenas

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot(20)

Similar to 6.5 Tipos mas comunes de antenas

Similar to 6.5 Tipos mas comunes de antenas(20)

More from Edison Coimbra G.

More from Edison Coimbra G.(20)

Recently uploaded

Recently uploaded(20)

6.5 Tipos mas comunes de antenas