Antenas con balum

ANTENAS

Montevideo Libre
Presenta:
Ciclo de charlas 2008
Alvaro Huelmo

CX1BP

www.Alvaro793.dyndns.org alvaro793@yahoo.com.ar www.Alvaro793.miarroba.com

¿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

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.

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

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.

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

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.

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

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.

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.

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

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.

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.

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.


 (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.

 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.


 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.

 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.


 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.


 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.

 (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)


 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

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.


 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.


 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.

Diagrama de radiación antena dipolo

Diagrama plano de irradiación

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.


Diagrama esquemático de transmisión de ondas
Diagrama esquemático de transmisión de ondas


 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.

 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

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.

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

Antena Yagi
Diagrama de radiación

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


 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.


 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.


 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.

 Línea coaxial:
Esta línea es la que más se utiliza actualmente, sobre
todo desde que se fabrica en grandes cantidades y a
precios asequibles.


 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.


 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.


 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.

 ¿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.

 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.


 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.

 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.


 Por tanto, el generador "ve" a la línea como si ésta
fuera una resistencia.


 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.

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)

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.

ESTO FUE TODO

Gracias por venir

Presentación disponible en:
www.Alvaro793.dyndns.org

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