Parmetros fundamentales en AntenasEnviado por Hctor R.
Martnez
1. Patrn de radiacin2. Polarizacin3. Directividad4. Ganancia5.
Impedancia6. Distribucin de corriente7. Temperatura de antena8.
Acopladores9. Antenas para VHF y para UHF10. Arreglo de antenas11.
ReferenciasUna antena es un sistema de conductor metlico, el cual
tiene la capacidad para radiar y capturar las ondas
electromagnticas. Su finalidad es conectar las lneas de transmisin
haciendo uso del espacio libre, mediante la aceptacin de la energa
entre los extremos del proceso de comunicacin. Es mediante la
antena, que las seales elctricas son convertidas en ondas
electromagnticas. Su funcionamiento, se basa en los principios de
lneas de transmisin, con la caracterstica de que los extremos de
las mismas se apartan para dar origen a dos polos (dipolo) en
funcin a la longitud de la onda a transmitir.En este sentido,
Tomasi (2003) refiere que: "una antena bsica es un dipolo reciproco
pasivo" (p. 371). Se consideran elementos pasivos del sistema de
radiocomunicaciones dado a que no amplifican la seal, a pesar de
tener ganancia; por otro lado, es recproco dado a que sus
caractersticas (directividad, frecuencia de operacin, ancho de
banda, resistencia interna, eficiencia, entre otros) son similares
tanto para transmisin como para recepcin.Para la transmisin, estas
deben manejar altos niveles de potencia; este aspecto debe influir
en la consideracin de su material de construccin, cosa que no
sucede en la recepcin en la cual los niveles de voltaje y corriente
son muy pequeos, de all que se puede construir con alambres de
dimetro pequeo, o inclusive utilizar la misma antena para ambas
finalidades.Patrn de radiacinConsiste en una representacin polar de
las intensidades de campo en relacin a las posiciones angulares,
respecto a una antena en particular; es decir una muestra del
comportamiento de la racin de una antena. Esta se puede encontrar
en trmino de la intensidad de campo elctrico o de la densidad de
potencia, a la cual es comnmente referida como grafica de racin
absoluta.El patrn de radiacin se puede representar desde la ptica
de la elevacin o del azimut, de tal manera que el patrn de elevacin
constituye la representacin de la energa radiada por la antena
vista desde el perfil y el patrn del azimut la representacin de la
energa radiada vista desde un plano superficial.En la siguiente
figura se muestran el esquema de un patrn de radiacin de un dipolo
genrico:
Figura 1. Patrones de radiacin a) Patrn de elevacin de un dipolo
genrico b) Patrn de azimut de un dipolo genrico c) Patrn de
radiacin 3DPor otro lado, se pueden considerar diferentes casos en
el estudio de los diagramas de radiacin, estos son: a) el patrn
isotrpico, el patrn direccional, y el patrn omnidireccional,
dependiendo de la forma en que se presente la radiacin de la
antena. El patrn isotrpico est referida al producido por una antena
hipottica la cual no posee perdidas e irradia energa en todas las
direcciones; el patrn direccional al producido por una antena en
una direccin especfica, y que depende de la direccin angular en el
plano azimutal y/o el plano de elevacin; y el patrn omnidireccional
el producido no direccional en un plano y direccional en el
otro.Asimismo, en estos diagramas se pueden evidenciar formas de
lbulos de radiacin, los cuales constituyen el rea del patrn que se
rodea por las regiones de baja intensidad de radiacin. En sentido
general, los lbulos se clasifican en principales y secundarios, y
estos ltimos en laterales y posteriores. En la siguiente imagen se
muestra una representacin de los patrones de radiaciones
indicados:
Figura 2. Patrones de radiacin: a) isotrpico, b)
omnidireccional, c) directivoPara finalizar la descripcin de los
diagramas de radiacin, se deben considerar las regiones de campo
las cuales, se componen por una parte real y una parte imaginaria.
La parte real es denominada potencia radiactiva y puede ser
transferida de un medio a otro; contrario a esto, la parte
imaginaria se conoce como potencia reactiva y no puede ser
transferida entre los medios, por lo cual permanece en oscilacin
alrededor de los campos.En este orden de ideas, tomando en cuenta
las regiones que rodean los campos se pueden definir tres tipos de
regiones: a) la regin de campo cercano reactivo; b) la regin de
Fresnel o de campo cercano radiante y; c) la regin de Franhofer o
de campo lejano.
Figura 3. Patrn de radiacin para una antena genricaPolarizacinEl
establecer la polarizacin de la antena requiere tener en cuenta las
componentes electromagnticas (campos elctricos y magnticos) funcin
del sentido de propagacin de las ondas. De all que la polarizacin
puede ser lineal, circular elptica.En la polarizacin lineal las
variaciones del campo elctrico se contienen en una sola direccin;
de otra manera, en la polarizacin circular el vector de campo
elctrico describe una trayectoria circular, cuya descripcin depende
del sentido de rotacin; y la polarizacin elptica, la trayectoria
descrita es elptica.Un aspecto de gran importancia a considerar es
que la determinacin de la polarizacin y sus medidas se deben
realizar en la zona lejana de la antena para visualizar que la
misma no cambie con la distancia.Por otro lado, dependiendo del
tipo de polarizacin se plantean la transmisin y la recepcin, tal
que una antena solo puede recibir un tipo de ondas de acuerdo a la
polarizacin que esta tenga, cuyo caso contrario ocasiona prdidas de
potencia y por ende de informacin.DirectividadLa directividad es la
razn de la intensidad de radiacin en una direccin dada a la
intensidad de radiacin promediada en todas las direcciones, tal que
se determina por la relacin:
Este patn se puede obtener en general partiendo del diagrama de
radiacin de la antena y permite analizar la zona del diagrama de
radiacin de la antena en la cual se concentra la mayor intensidad
de potencia, con referencia al resto del patrn de
radiacin.GananciaDado que las antenas, constituyen elementos
pasivos, estos no puede realizar ningn proceso de amplificacin; en
este sentido, la ganancia constituye un parmetro similar a la
directividad.La directividad toma en consideracin las propiedades
direccionales de la antena, de all su dependencia con respecto al
patrn de radiacin, mientras que la ganancia toma en consideracin
las propiedades direccionales de la misma, tales como la
eficiencia.La ganancia, se define como la razn de la intensidad de
radiacin en cualquier direccin a la radiacin de intensidad que se
obtiene al recibir potencia por antena y radiarla de manera
isotrpica. De all que, sta se expresa por la relacin:
ImpedanciaEn general, se le denomina impedancia a la oposicin
que presentan todos los materiales al flujo de corriente alterna,
la cual es anloga a la resistencia en corriente continua. Las
antenas no son ajenas a este fenmeno, y generalmente tienen una
impedancia caracterstica entre 50 y 75 Ohmios.Sin embargo, en la
determinacin de este valor se debe tener en cuenta el factor aadido
por los conectores y el cableado. De all que en los sistemas de
comunicaciones se debe tener especial cuidado en las adaptaciones,
dado a que estas pueden introducir reflexiones indeseadas y
perdidas.La impedancia es representada por la letra Z y se compone
de un nmero complejo cuya parte real constituye una resistencia y
la parte imaginaria una reactancia. Asimismo, en razn a la Ley de
Ohm, se obtiene a partir del cociente de la diferencia de potencial
entre la intensidad de corriente.La resistencia (parte real)
proviene de la suma de la resistencia de radiacin y la resistencia
hmica; la resistencia de radiacin se obtiene de relacin entre la
potencia total radiada y el valor eficaz de la corriente en sus
terminales de entrada elevada al cuadrado, mientras que la
resistencia hmica se obtiene de la relacin entre la potencia
disipada por efecto de las perdidas resistivas y la corrientes
terminales al cuadrado.Distribucin de corrienteLa distribucin de
corriente en las antenas describe la forma en que se toma la
corriente (amplitud y fase) en la propia estructura; la cual es
determinada por las condiciones de contorno establecidas en las
Leyes de Maxwell del electromagnetismo clsico. De tal manera que,
es una propiedad de la geometra de la estructura, as como del punto
de excitacin de la lnea de transmisin.Para su determinacin se debe
tener en cuenta que el transmisor, a travs de la lnea imprime una
corriente en el terminal de entrada a la antena, el cual se
extiende a lo largo de la misma, tal como si fuesen corrientes
superficiales. Evidentemente que, dichas corrientes generan un
campo elctrico y magntico, que afecta la conductividad en el
elemento radiante, la cual tiende a ser muy alta.Las precitadas
corrientes, varan en la estructura y originan una onda que se
expande en el espacio a travs del aire, modelando la atmsfera como
un elemento vaco (sin permitividad, ni permeabilidad)Temperatura de
antenaLa temperatura es un parmetro que describe la cantidad de
ruido que una antena produce en un determinado entorno, la cual
depende de la ganancia de la misma y del ambiente trmico en el que
se encuentra la antena. Cabe destacar, que este elemento vara en
funcin a la orientacin de la antena con respecto a la incidencia de
los elementos externos en la misma, tal que consiste en el promedio
de todas las temperaturas alrededor de la misma.Por otro lado
influye en la determinacin de la potencia de ruido, cuyo anlisis es
similar al ruido trmico producido en los sistemas de comunicacin
por efecto de la agitacin de electrones en proporcin al ancho de
banda tal que la potencia de ruido se expresa por la relacin ;
donde K representa la constante de Boltzmann y B el ancho de banda.
La ecuacin para determinar la temperatura de la antena se
corresponde a la siguiente:
Cuyo razonamiento parte de una antena isotrpica, tal que la
antena se integra dentro de una regin esfrica.AcopladoresLos
acopladores de antenas o "transmatch" son utilizados para la
alimentacin de las antenas cuando estas se encuentran fuerza de su
frecuencia de diseo. Asimismo, se utilizan para antenas multi
bandas, en lneas resonantes y cuando los conductores tienen
demasiada longitud y se conectan directamente a los equipos
transmisores de radio.Su funcin es transformar la impedancia de la
lnea de transmisin para adecuarla al valor de la impedancia de los
equipos de radio (aproximadamente 50 Ohmios), y con ello eliminar o
reducir la irradiacin de armnicas y sintonizar la lnea de
transmisin.Existen diferentes circuitos con esta finalidad,
capacitivos e inductivos. Sin embargo requieren de la adaptacin de
un balun, el cual constituye un dispositivo adaptador de
impedancias que convierte las lneas no balanceadas en lneas
balanceadas. Adicionalmente se requiere adaptar un medidor de ROE
(relacin de onda estacionaria). Los siguientes dos esquemas
circuitales se corresponden a dos acopladores de antena:
Figura 4. Acoplador de antena y balun.Antenas para VHF y para
UHFLos parmetros anteriormente descritos son fundamentales para
seleccionar un cierto tipo de antenas en funcin a la banda de
frecuencia de trabajo, por ejemplo las antenas tipo Yagi se
caracterizan por su sensitividad a la frecuencia, lo cual afecta
obviamente su funcionamiento para un determinado rango; de hecho su
construccin depende de la longitud de onda y esta consecuentemente
de la frecuencia, lo cual inclusive interviene en el tamao de la
misma.En este sentido, la frecuencia de operacin afecta el dimetro
del conductor y su anchura inclusive. Referente al patrn de
radiacin, para antenas VHF un patrn omnidireccional puede insertar
ruido e interferencia, dada la multiplicidad de elementos
transmisores presentes en esa banda, por lo cual para transmisiones
VHF es recomendable incorporar una antena cuyo patrn sea directivo.
La instalacin de las antenas tambin interviene en su
comportamiento, dado a que en las antenas VHF intervienen las
prdidas de lnea, y estas se incrementan con la frecuencia. De
acuerdo a la frecuencia de operacin, las antenas se pueden
clasificar en antenas de abertura, de redes, de onda progresiva y
elementos de corriente. En la siguiente grfica se puede observar el
comportamiento frecuencial de estos tipos de antenas:
Figura 5. Ubicacin de los tipos de antenas segn su frecuencia de
operacinDado que la frecuencia afecta el tamao de las antenas, en
la siguiente grfica se aprecia el tamao de las antenas segn su
clasificacin:
Figura 6 .Tamao de las antenas segn su clasificacinFinalmente se
muestran los diferentes tipos de antenas y su estructuracin de
acuerdo a la clasificacin general:
Figura 7. Tipos de antenas en el contexto de la clasificacin
generalArreglo de antenasSe entiende como un conjunto de antenas
simples, las cuales se encuentran unidas bajo (generalmente) las
mismas condiciones y que se orientan en la misma direccin; estas se
disponen cercanas las unas con respecto a las otras y cada una es
manejada por un mismo sistema de separacin o combinacin de seal.Los
arreglos de antenas son de gran uso para sistemas de comunicaciones
que requieren un patrn directivo de gran extensin dado a que
permiten incrementar el patron de radiacin por medio de la suma de
los campos electricos de cada antena que forma parte del mismo,
asimismo, para obtener dicho patron de radiacin se deben tener en
cuenta la configuracin geometrica (lineal, plana o circular) de las
antenas, la distancia de separacin entre los elementos, la amplitud
y la fase de excitacin de cada elemento y el patrn de radiacin
relativo de cada elemento.Los arreglos lineales se componen de
varios elementos radiantes los cuales se colocan en lnea recta.
Estos son considerados como un filtro espacial que pasa las seales
de una cierta direccin y rechaza las seales de las otras
direcciones. Su formacin puede ser con elementos alimentados por
corrientes de igual magnitud, con un desfase uniforme y progresivo
de la lnea, con los elementos dispuestos equidistantes, el cual es
conocido como arreglo uniforme.Otro tipo de arreglos es el arreglo
transversal o Broadside en el cual las corrientes que circulas por
todas las antenas estn en fase, y la distancia entre cada antena se
corresponde a la mitad de la longitud de onda; tambin existe un
arreglo enfire o arreglo axial en el que la distancia entre las
antenas se corresponde a un cuarto de la longitud de onda. Entre
otros tipos de arreglos se pueden mencionar los arreglos de haz
conmutado y los adaptativosReferenciasBalanis, C. (1997). Antenna
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Leer ms:
http://www.monografias.com/trabajos98/parametros-fundamentales-antenas/parametros-fundamentales-antenas.shtml#ixzz2yRICd1vn
