2. ¿Que Es una Antena?
Las Antenas son
dispositivos
conductores
utilizados para la
emisión y o recepción
de energía
electromagnética
En esta charla veremos los aspectos principales que
hacen al funcionamiento de las antenas y lineas de
transmisión
3. DEFINICIONES
TX: Estado de transmisión.
RX: Estado de Recepción.
Linea de transmisión: Conductor, grupo de
conductores o guía de ondas, destinado al
transporte de señales o de energía de R.F.
R.O.E.: Relación de Ondas Estacionarias.
R.F.: Radio Frecuencia.
4. DEFINICIONES
Ángulo de radiación: Es el ángulo con que
irradia una antena.
Dipolo Isotópico: Antena TEORICA que tiene la
característica de irradiar igualmente en todas
las direcciones del espacio, dando lugar a un
diagrama de radiación de tipo pelota. Al ser su
ganancia igual a cero, es usada como antena
patrón
5. DEFINICIONES
Acoplador de antena: dispositivo destinado a
acoplar una linea de transmisión con una
antena o transeptor.
Transeptor: Equipo formado por un receptor y
un transmisor.
6. DEFINICIONES
dB: El decibel es la décima parte del belio y
expresa una relación de potencias. Para
calcular la ganancia de potencia en dB
tenemos que dividir la potencia de salida entre
la potencia de entrada, realizar el logaritmo del
resultado obtenido y multiplicarlo por 10
7. DEFINICIONES
dBi: El decibel isotópico es la ganancia de
energía en comparación con una antena
isotópica
dBd: Es la ganancia de energía comparada con
una antena dipolo, en este caso tenemos que
sumar 2,14 para obtener la ganancia en dBi.
8. DEFINICIONES
dBm: Es el nivel de potencia en decibelios en
relación a un nivel de referencia de 1mW.
El dBm es igual a logaritmo de potencia sobre
1mW por 10
Polarización: Ángulo de campo eléctrico de la
onda radiada con respecto al suelo. El campo
magnético de la onda esta polarizado 90
grados con respecto al campo eléctrico
9. DEFINICIONES
Propagación: Capacidad que tiene una señal
de desplazarse a distancia. La propagación es
en linea recta pero debido a la existencia de
distintas capas atmosféricas, estas pueden
alterar la trayectoria para permitir la
propagación entre puntos que no están a la
vista.
12. Clasificación de las Antenas
Antenas omnidireccionales: Son aquellas que
irradian un campo en todo su contorno en la
forma de una figura geométrica circular sin
agujero central.
13. Clasificación de las Antenas
Antenas direccionales: Son aquellas a las que
es posible dirigirles el campo de irradiación
hacia uno o más lugares, esto dependerá del
concepto de calculo y forma de construcción
14. Teoría de antenas
Una Antena vertical es por naturaleza generalmente
omnidireccional un claro ejemplo son los dipolos verticales,
antenas como la Ringo, las antenas de los taxis, la antena
de mi Handy.
Las antenas horizontales tipo dos polos son por lo general
direccionales o directivas.
15. Teoría de antenas
Existen innumerables y variados tipos de antenas, tales
como: Verticales, Plano de tierra, Cuadracúbicas, De
alambre largo, Yagis, Quaguis, Dipolos plegados, De
periodo logarítmico, Colineales, Doble zeppelin,
Parabólicas, Rombicas, etc.
16. Propiedades de las antenas
(Rr) Resistencia de radiación: Es una
resistencia ideal que agregada al circuito
resonante equivale a la antena, disipa la misma
potencia calórica que la antena irradia
realmente en el espacio. Esta alcanza un valor
máximo cuando el conductor es resonante.
17. Propiedades de las antenas
(r) Ángulo de radiación: Es el ángulo sobre el
horizonte con respecto al eje del lóbulo
principal de radiación que va ligado
directamente a la polarización de la antena
(horizontal o vertical) como a la altura por sobre
la superficie del suelo, frecuencia de
funcionamiento, etc.
18. Propiedades de las antenas
Impedancia de la antena: Se podría definir la
impedancia de entrada de una antena como la
impedancia presentada por una antena en sus
terminales o como la relación de la tensión corriente
en un par de terminales o como la relación de los
componentes apropiados del campo electromagnético
en un punto cualquiera. Luego podemos decir que si
la corriente y la tensión están en fase, la impedancia
es puramente resistiva y la antena es resonante.
Cuando la antena no es resonante (corriente y tensión
fuera de fase) la antena posee reactancia y
resistencia.
19. Propiedades de las antenas
Ganancia de la antena: Se le llama ganancia
de la antena a la relación del poder entregado
por la antena (que generalmente esta
relacionado con su directividad) y su unidad de
ganancia se expresa en dBi, dBd o dB.
20. Propiedades de las antenas
Eficiencia de la antena: Es la relación entre la
resistencia de radiación de la antena con respecto a la
resistencia total del sistema transmisor que incluye la
resistencia de radiación, la resistencia de los
conductores, la de los dieléctricos, incluidas las bobinas
si se usan en el sistema, así como la resistencia de la
tierra.
Ancho de banda de la antena: Es la medida de su
amplitud para funcionar en una gama especificada de
frecuencias en buenas condiciones de resonancia.
21. Propiedades de las antenas
Relación pecho-espalda: Es la relación de
irradiación de la antena calculada entre su
lóbulo principal y el lóbulo opuesto (y se
relaciona por antenas direccionales o
directivas)
(Q) De la antena: El factor Q de la antena es la
medida del factor de calidad o factor de mérito
y se expresa como selectividad de la antena.
22. Propiedades de las antenas
Directividad de la antena: Es la capacidad de
una antena para concentrar el máximo valor de
radiación en una dirección deseada
seleccionando el objetivo donde se desea
transmitir o recepcionar en el caso inverso.
23. Propiedades de las antenas
(Y)Longitud de onda: La onda electromagnética viaja
en el espacio a una velocidad cercana a los
300000Km por segundo, según sea el medio en que
lo hace, por lo que podemos calcular que una onda
de radio demora aproximadamente 1/7 de segundo
para dar la vuelta al mundo, si sigue las líneas del
circuito máximo. (Lambda)
24. Propiedades de las antenas
El concepto de la onda se desarrolla porque una
corriente eléctrica alterna fluye a través de un alambre
(la antena), así mueve campos eléctricos y
magnéticos. Esta onda tiene un largo especifico
llamado longitud de onda que se representa por la
letra griega (y) y es la medida en que una emisión de
onda, en una frecuencia dada con respecto al largo
físico de la antena, la mantienen en resonancia. La
ecuación para calcular el largo de la onda puede ser
resumido como sigue: 300/Frecuencia en Mhz=Mts
25. Calculo de antena dipolo
El largo de una antena resonante (es decir) la medida
física del largo de una antena sintonizada no es
exactamente el largo de la medida calculada con la
fórmula del largo de onda (metros) o largo eléctrico de
la antena.
El largo físico de la antena para poder resonar,
generalmente es mas corto que el largo eléctrico
debido a los efectos de la relación largo/diámetro de la
antena y el efecto de punta de la misma.
26. Calculo de antena dipolo
A este factor de corrección del largo físico lo
denominaremos con la letra " k "
El efecto de puntas fue descubierto por Benjamin
Franklin
EJEMPLO: Calcularemos una antena dipolo para
operar en la banda de cuarenta metros, y ajustarla a la
frecuencia de 7,100 Mhz. La haremos en alambre de
cobre.
27. Calculo de antena dipolo
1.- Determinaremos el factor K , en nuestro caso es:
k= 0,9513.
2.- Debemos calcular el dipolo aplicando la fórmula
(0,9513 * 150 / 7,1) = 20,098 metros.
3.- Determinamos la medida de cada polo ( 20,098 /
2 )= 10,049 metros por lado.
30. Concepto de transmisión
En la siguiente imagen se muestra un
transmisor siguiendo por una línea de
transmisión hasta la antenas que es la
encargada de irradiar las ondas al espacio. Un
campo electromagnético variable en el tiempo
puede ser propagado a través del espacio
vacío a la velocidad de la luz.
32. Concepto de transmisión
La onda así propagada está constituida por
CAMPOS ELECTRICOS (E) y CAMPOS
MAGNETICOS (H) según se puede apreciar en
la siguiente imagen...
La onda originada en una fuente puntual en el
espacio se expande en esferas crecientes cuyo
centro siempre es la fuente.
34. Concepto de transmisión
El camino del rayo de energía desde la fuente
productora hasta cualquier punto de la esfera es una
línea recta y a una distancia grande el frente de onda
no se percibe esférico, sino que aparentemente se
percibe como una superficie plana. La onda
electromagnética viajando a través del espacio es muy
difícil de comprender sin recurrir a las Ecuaciones de
Maxwell que conforman la herramienta básica para el
análisis de la mayoría de los problemas de las ondas
electromagnéticas. Ej. la piedra en el agua
35. Antena Yagi
La antena Yagi del tipo
direccional (llamada así
en honor a su inventor
un profesor japonés de
apellido Yagi) y entre
estas la más primitiva y
elemental, como es el
dipolo, que muchos
radioaficionados hemos
fabricado.
37. Antena Yagi
La antena yagi esta constituida por:
Uno o mas reflectores
Elemento excitado o dipolo
Uno o mas directores
En caso de ser necesario adaptador de
impedancia y o balum
39. Lineas de transmisión
TIPOS DE LINEAS
Las líneas de transmisión se pueden dividir en tres
grandes grupos: bifilares, coaxiales y guia de ondas
Línea bifilar
Consiste en dos hilos conductores paralelos separados,
bien sea por un material dielectrico continuo o bien por
separadores cada cierta distancia
40. Lineas de transmisión
La impedancia de una línea de este tipo viene
definida aproximadamente por la siguiente
fórmula:
Zo = 276 log (d/r) W
donde d es la distancia entre centros de
conductores, r el radio de un conductor; d y r
deben ser unidades homogéneas.
42. Lineas de transmisión
Ventajas de las líneas planas:
La primera ventaja es su bajísimo nivel de pérdidas,
incluso para frecuencias elevadísima.
La segunda ventaja es que podemos realizarla para
cualquier impedancia (mediante la fórmula), y para
cualquier potencia, por grande que sea, aumentando
el diámetro del conductor o en casos extremos
utilizando tubos de cobre.
43. Lineas de transmisión
Desventajas de las líneas planas
Siempre existe una cierta radiación a lo largo de la
propia línea, debido a que los campos de cada
conductor no se cancelan exactamente, sobre todo a
pequeñas distancias de la línea,
Si la línea no está equilibrada y existe una ROE fuerte
en ella, estos problemas pueden ser muy graves. Las
líneas planas tienden a captar ruidos eléctricos de los
sitios por donde pasan.
44. Lineas de transmisión
Línea coaxial:
Esta línea es la que más se utiliza actualmente, sobre
todo desde que se fabrica en grandes cantidades y a
precios asequibles.
45. Lineas de transmisión
Pérdidas
Toda línea de transmisión tiene pérdidas, parte de la
energía que transporta se transforma en calor y por
tanto no es utilizable.
Las pérdidas se producen por dos motivos: resistencia
óhmica y pérdidas en el dielectrico.
46. Lineas de transmisión
Resistencia óhmica
Todo conductor tiene una resistencia. Al circular
corriente eléctrica por él, una parte de la potencia es
disipada en calor por esa resistencia. Cuanto más
larga sea la línea, mayor será la resistencia y mayores
las pérdidas. Las pérdidas resistivas son fijas e
independientes de la frecuencia.
47. Lineas de transmisión
Cualquier dielectrico a pesar de ser un aislante tiene
un cierto grado de pérdidas. Las pérdidas en el
dielectrico dependen de su espesor, tipo y de la
frecuencia a la que se emplee. Cuanto más fino sea el
dielectrico y más alta la frecuencia, mayores serán las
pérdidas. El mejor dielectrico es el aire, tiene unas
pérdidas muy bajas.
48. Lineas de transmisión
¿Qué significado tienen las pérdidas?
Supóngase una instalación en un edificio de viviendas.
Para llegar del primer piso a la antena necesitamos 40
metros de línea. El transmisor tiene una potencia de 100
watios y trabaja entre 27 y 28 M Hz (banda ciudadana, CB,
y banda de aficionados de 10 metros). Si se coloca una
línea de RG-58 con dieléctrico de politeno, las pérdidas
serán de 3 dB o sea, a la antena llegan sólo 50 watios.
Colocando una línea de RG-8 con dieléctrico de
poliuretano, las pérdidas serán de 1,2 dB y la potencia que
llega a la antena será de 75 watios.
49. Lineas de transmisión
Influencia de la ROE en las pérdidas de una línea
Las pérdidas indicadas se refieren siempre a las líneas
equilibradas. Cuando en una línea existe ROE, las pérdidas
aumentan.
Para valores de ROE moderados (hasta 2:1), este
incremento de pérdidas puede ser despreciado, ya que sólo
alcanza algunas décimas de decibelio. Para valores de
ROE elevados, el incremento de las pérdidas aumenta
espectacularmente, pudiendo ser superior al valor de las
pérdidas de la línea cuando está equilibrada.
50. Lineas de transmisión
Supóngase que mediante un acopiador de antena
conseguimos introducir 100 watios a una línea que
tiene unas pérdidas de 3 dB y una ROE de 7:1. Las
pérdidas a añadir a causa de la ROE serían de otros 3
dB, o sea, que en la antena sólo habría 25 watios, aun
suponiendo que el acoplador no absorbe una parte de
la potencia debido a sus propias pérdidas.
Por lo tanto y salvo casos especiales, resulta muy
práctico mantener la menor ROE posible en la línea.
51. Lineas de transmisión
IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DE UNA LINEA
La existencia de una sucesión de inductancias y
capacitancias en una línea de transmisión hace que ésta
tenga una impedancia característica; se denomina Zo y su
valor aproximado es:
Zo= L/C
siendo respectivamente L la inductancia y C la
capacitancia por unidad de longitud.
52. Lineas de transmisión
Por tanto, el generador "ve" a la línea como si ésta
fuera una resistencia.
53. Lineas de transmisión
SISTEMAS DE ADAPTACION DE ANTENAS
Cuando la línea de transmisión tiene una impedancia
y la antena otra muy distinta, hay que acoplarlas para
evitar que aparezca ROE en la línea.
54. Balúm
SISTEMAS DE BALANCEO
Casi todos los tipos de antena (excepto las verticales)
son simétricas, o sea que la conexión es indiferente.
El cable coaxial, en cambio, es asimétrico. Si no se
desea que por la malla de un cable coaxial circulen
corrientes, hay que poner algún elemento que permita
hacer el cambio de balanceando a no balanceado. A
este elemento se le denomina Balún (en inglés
Balanced to un-balanced)
55. Balúm
Balun de media onda
Consiste en conectar un cable coaxial de media
longitud de onda eléctrica como se indica en la figura.
Realiza además una transformación de impedancia de
1 a 4, o sea que también sirve para adaptar
impedancias.
