29 Oct
Antenas:
Una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar o capturar ondas electromagnéticas.
Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre.
Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
La operación básica de la antena se comprende mejor al observar los patrones de ondas estacionarias de voltaje en una línea de transmisión.
Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir la potencia radiada, (ejemplo: una emisora de radio comercial), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). También es una antena la que está integrada en la computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi.
Generalidades:
Una antena es un dispositivo recíproco porque las características y el desempeño de transmisión y de recepción son idénticos, como la ganancia, directividad, frecuencia de operación, ancho de banda, resistencia de radiación, eficiencia, etc.
Las antenas de transmisión deben poder manejar potencias grandes, en consecuencia, deben ser de materiales que soporten altos voltajes y grandes potencias, como por ejemplo de tubo metálico.
Las antenas de recepción producen voltajes y corrientes muy pequeños y, se pueden hacer con alambre de diámetro pequeño. Sin embargo, en muchos sistemas de radiocomunicación, se usa la misma antena para transmitir y para recibir.
Si se usa una antena para transmitir y para recibir debe existir un medio para evitar que las señales de transmisión, que son de gran potencia se acoplen hacia el receptor, que es relativamente sensible.
Para dirigir las señales de transmisión y de recepción, así como para proporcionarles el aislamiento necesario, se puede usar un dispositivo especial llamado duplexor.
Las antenas normales no tienen componentes activos (diodos, transistores TBJ o FET, etc.), por tanto son pasivas y recíprocas.
Lo que se suele llamar antena activa es en realidad la combinación de una antena pasiva y un amplificador de bajo ruido (LNA, Low Noise Amplifier).
Las antenas activas no son recíprocas, es decir, transmiten o reciben, pero no ambas cosas.
Es importante hacer notar que las antenas activas y las pasivas introducen pérdidas de potencia, independientemente de si se usan para transmitir o recibir señales.
Las características direccionales de una onda electromagnética irradiada o recibida por una antena, se describen en general en términos de coordenadas esféricas.
Patrón de Radiación:
Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación).
Campo sercano y lejano:
El termino campo sercano se refiere al patrón de radiación cerca de una antena, y el lejano a un patrón de radiación a gran distancia.
Durante medio ciclo se irradia potencia desde la antena, donde algo de la potencia se almacena en forma temporal en el campo cercano. Durante el medio ciclo siguiente la potencia del campo cercano regresa a la antena.
Resistencia de radiación:
es la resistencia de la antena a la corriente alterna.
La resistencia de radiación es aquella resistencia que si reemplazara a la antena disiparía exactamente la misma potencia que irradia la antena.
Eficiencia de la antena:
es la relación entre la potencia radiada por ella y la suma de la potencia radiada y la potencia disipada.
Ganancia Directiva:
es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección particular y la dirección de potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas están irradiando la misma cantidad de potencia.
Ganancia de potencia:
es lo mismo que la ganancia directiva, excepto que se usa la potencia total entregada a la antena.
Potencia radiada isotrópica efectiva:
se define como la potencia equivalente de transmisión.
Densidad de potencia capturada:
es el producto de la densidad de potencia en el espacio inmediato que rodea a la antena y la ganancia directiva de esta.
Área de captura:
El área de captura de una antena es un área efectiva.
Es la cantidad de potencia que incide en, o pasa a través de, cada unidad de área de una superficie imaginaria perpendicular a la dirección de propagación de las ondas electromagnéticas.
Potencia de captura:
Una antena receptora, expuesta al campo electromagnético tendrá inducidos en ella un voltaje y una corriente de radiofrecuencia, que producirán una potencia correspondiente de radiofrecuencia en los terminales de salida de la antena, esa potencia, es la potencia capturada.
La potencia capturada es directamente proporcional a la densidad de potencia recibida y al área de captura de la antena receptora.
Polarización de la antena:
La polarización de una antena no es más que la orientación del campo eléctrico que se irradia desde ella.
La polarización puede ser lineal, circular y elíptica.
La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º, etc.).
Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derecha (dextrógiras) o a izquierda (levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).
Ancho de haz de la antena:
Es un parámetro de radiación, ligado al patrón de radiación.
El ancho del haz de una antena es la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3 dB) en el lóbulo mayor del patrón de radiación de una antena, que se suele tomar en uno de los planos principales, El ancho del haz de una antena, a veces, se llama también ancho de lóbulo.
Ancho de banda de una antena:
Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características.
Impedancia de entrada de la antena
La impedancia de entrada de una antena es la relación entre el voltaje de entrada y la corriente de entrada a dicha.
Doblete elemental:
es un dipolo eléctricamente corto y también se lo denomina dipolo corto, dipolo elemental o dipolo hertziano.
Un doblete elemental tiene corriente uniforme en toda su longitud.
Se supone que la corriente varía en función del tiempo, en forma senoidal
Dipolo de media onda:
Se le llama en generalmente antena de Hertz.
Es una antena resonante, es decir, tiene una longitud que resulta ser múltiplo de cuartos de longitud de onda, en tanto que el extremo más lejano tiene un circuito abierto.
Antena conectada a tierra:
Una antena mono-polo de un cuarto de longitud de onda de largo, montada en dirección vertical con el extremo inferior conectado directamente a tierra, se llama antena de Marconi.
Carga de la antena:
Es una técnica que hace posible aumentar la longitud eléctrica de una antena.
Cuando se carga una antena, su longitud física permanece inalterada aunque su longitud eléctrica efectiva aumenta.
Bobinas de carga
Una bobina conectada en serie con una antena dipolo aumenta efectivamente la longitud eléctrica de una antena.
La bobina de carga cancela efectivamente el componente capacitivo de la impedancia de entrada de la antena. Por lo tanto, la antena se ve como si fuera un circuito resonante, es resistiva, y puede absorber el 100% de la potencia incidente.
Carga superior:
La técnica consiste en colocar un conjunto metálico que se asemeja una rueda con rayos, en el extremo superior de la antena. La rueda aumenta la capacitancia en paralelo con el suelo, reduciendo la capacitancia total de la antena.
Arreglos de antenas:
Se forma un «array» cuando dos o más elementos de antena se combinan para formar una sola antena.
Un elemento de antena es un radiador individual, como un dipolo de media o un cuarto de onda.
Los elementos se colocan físicamente de forma tal que sus campos de radiación interactúan entre sí, produciendo un patrón total de radiación que es la suma de los campos individuales.
El propósito de un arreglo es incrementar la directividad de un sistema de antenas y concentrar la potencia radiada dentro de un área geográfica más pequeña.
Esencialmente hay dos tipos de elementos de antenas: los de excitación y los parásitos:
Los elementos de excitación se conectan directamente a la línea de transmisión y reciben la potencia entregada por la fuente.
Los elementos parásitos no se conectan a la línea de transmisión: reciben energía solamente a través de la inducción mutua con un elemento de excitación o con otro elemento parásito.
Un elemento parásito más largo que el elemento de excitación, del cual recibe energía, se denomina reflector.
Un reflector reduce eficazmente la intensidad de la energía que está en su dirección y la incrementa en dirección contraria.
Un elemento parásito es más corto que uno de excitación y se denomina director.
Un director incrementa la intensidad del campo en su dirección y la reduce en la dirección opuesta.
Array o Red de radiación lateral:
Una red de radiación lateral o transversal, se forma colocando varios dipolos resonantes de igual tamaño tanto en longitud como en diámetro, en paralelo entre sí, y en línea recta.
Todos los elementos se alimentan en fase desde la misma fuente.
Red de radiación longitudinal:
Tiene en esencia la misma configuración de elementos que la red de radiación lateral, pero la línea de transmisión no se conecta en zigzag entre los elementos.
En consecuencia, los campos son aditivos y alineados con el plano del conjunto. La figura muestra una red de radiación longitudinal, y su patrón de radiación.
Antena Yagi-Uda:
Es un conjunto lineal formado por un dipolo y dos o más elementos parásitos: un reflector y uno o más directores.
Antenas de reflector parabólico
Proporcionan ganancias y directividades extremadamente altas, y son muy utilizadas en los enlaces de comunicaciones por radio y satélite.
Una antena parabólica consiste de dos partes principales:
un reflector parabólico y el elemento activo, llamado mecanismo de alimentación.
El mecanismo de alimentación encierra la antena primaria, que sencillamente es un dipolo o una red de dipolos; la antena irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector.
El reflector es un dispositivo pasivo, que sólo refleja la energía que le llega desde el mecanismo de alimentación.
La reflexión produce:
una emisión muy concentrada y muy direccional, en la que todas las ondas individuales están en fase entre sí y, por lo tanto, un frente de onda en fase.
El reflector parabólico sea el componente fundamental de una antena parabólica.
Los reflectores parabólicos se asemejan en forma a un plato o a una fuente, y por lo tanto se les llama a veces antenas de plato parabólico o simplemente antenas de plato.
La radiación tridimensional de un reflector parabólico, tiene un lóbulo principal que se parece a la forma de un cigarro grueso en la dirección XY.
Eficiencia de una antena parabólica: el reflejo de la superficie del plato no es perfecta. Por lo tanto, hay una pequeña parte de la señal irradiada desde el mecanismo de alimentación que se absorbe en la superficie del plato.
La energía cercana a las orillas del plato no se refleja, sino más bien se refracta del otro lado de la orilla del plato. A esto se le llama fuga o derrame.
Antenas Basicas:
Por imperfecciones solo se refleja en el paraboloide del 50 al 75% de la energía que emite el mecanismo de alimentación.
En una antena real, el mecanismo de alimentacion no es una fuente puntual, ocupa un area finita frente al reflector y obstruye una pequeña área en el centro del plato, formando una zona de sombra que no es capaz de absorber o enfocar energía.
Todo esto contribuye a que la eficiencia sea solo del 55% del total.
Antena receptora parabolica:
el area efectiva se denomina are de captura y siempre es menor que la verdadera area de la boca, se puede calcular comparando la potencia recibida con la densidad de potencia de la señal que se esta recibiendo.
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