Antenas, tipos de antenas, diseño basico de una antena y parámetros.pdf

T E C N O L Ó G I C O N A C I O N A L D E M É X I C O
I N S T I T U T O T E C N O L Ó G I C O D E A P I Z A C O
T E L E C O M U N I C A C I O N E S
L U C Í A M U Ñ O Z D Á V I L A
U N I D A D 3 : A N T E N A S
1 8 3 7 0 9 9 6 A L B E R T O P É R E Z R E Y E S
1 8 3 7 0 9 7 3 L U I S A N T O N I O M E J Í A P A R E D E S

INTRODUCCIÓN
En esta presentación hablaremos sobre todos los
subtemas que contiene la unidad numero 3 de la
materia, en ellas hablaremos sobre cada uno de
sus tipos sus características, todo tipo de
funciones y aplicaciones ademas daremos una
serie de ejemplos para poder hacer mas intuitiva
la presentación por lo cual empezamos con lo
mas basico, ¿que son las antenas?

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir y/o
recibir ondas electromagnéticas hacia/desde el espacio libre. Una
antena transmisora transforma corrientes eléctricas en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Huidobro, J. M. (2013).
¿Qué es?

En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir,
no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio o una estación
base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la
potencia y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de
radio enlaces).
¿Cuál es su próposito?

Existen diferentes antenas dependiendo del uso al que van a ser
destinadas:
Antenas de Hilo.
Antenas YAGI-UDA.
Antenas de apertura.
Antenas planas.
Antenas con reflector
(parabólicas).
Arrays.
Antenas inteligentes.
Tipos de antenas

2. Clasificación de las antenas.

Las antenas de hilo están formadas por hilos conductores, eléctricamente
delgados, cuyo diámetros << λ. Se modelan como un conductor de
sección infinitesimal. Pueden estar formadas por hilos rectos (dipolos,
rombos), espirales (circular, cuadrada o cualquier forma arbitraria) y
hélices.
Antenas de hilo

El tipo más común son las antenas de dipolo. Esta clase de antena es la
más sencilla de todas. El dipolo de media onda o antena de Hertz –el tipo
más común– consiste en un hilo conductor de media longitud de onda a
la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca
un generador o una línea de transmisión, son de aluminio o cobre.
Antenas de hilo

Una aplicación práctica de este tipo de antenas, es la recepción de
señales de televisión en la banda de UHF, ya que poseen una gran
directividad, tanto mayor cuanto mayor sea el número de elementos
pasivos que incorpore y así su ganancia es la adecuada para recibir el
nivel de señal suficiente para que pueda ser amplificado sin problemas.
Antenas YAGI-UDA

Presenta un comportamiento de banda ancha. Una hélice es el resultado
de bobinar un hilo conductor sobre un cilindro de diámetro constante. Los
parámetros geométricos de diseño de una hélice son su diámetro, la
separación entre dos vueltas o paso de la hélice, el número de vueltas, el
diámetro del hilo y el sentido del bobinado (a derechas o izquierdas).
Antena helicoidal

Es un grupo de antenas dipolos unidas y alimentadas a través de una
línea de transmisión común. Es multibanda y su respuesta en frecuencia
es muy plana, es una figura geométrica básica de distintos tamaños
repitiéndose, Pueden ser unidireccionales o bidireccionales, y tener una
ganancia directiva de baja a moderada.
Antena periódica-logarítmica

En estas antenas, la onda radiada se consigue a partir de una
distribución de campo soportada por la antena y se suelen excitar por
guías de onda. Son antenas de apertura las bocinas (piramidales o
cónicas), las aperturas sobre planos y ranuras sobre planos conductores
y las guías de onda.
Antenas de apertura

Las antenas planas (microstrip) están formadas por un agrupamiento
plano de radiadores (parches) y un circuito que distribuye la señal entre
ellos. Su diseño disipa la potencia en forma de radiación. Es pequeño y
ligero, pero su desventaja es su bajo ancho de banda.
Antenas planas

En este tipo de antenas la señal emitida/recibida no sale/entra
directamente en/del elemento captador, sino que se emite/recoge
por/en el mismo una vez reflejada en un elemento pasivo que concentra
la señal.
Antenas con reflector (parabólicas)

En el caso de una antena receptora, su funcionamiento se basa en la
reflexión de las ondas electromagnéticas, por la cual las ondas que
inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un
punto denominado foco que está centrado en el paraboloide.

En el caso de una antena emisora, las ondas que emanan del foco
(dispositivo de emisión) se ven reflejadas y salen en dirección paralela al
eje de la antena. Básicamente, existen tres tipos básicos de antenas con
reflector.

La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, todas las
ondas inciden paralelamente al eje principal, se reflejan, y van a parar al
Foco. El Foco está centrado en el paraboloide. Tiene un rendimiento
máximo del 60%, el resto no llega al foco y se pierde. Se suelen ver de
tamaño grande, aproximadamente de 1,5 m de diámetro.
1.Foco primario

Está formada por un reflector paraboloide de forma oval. La superficie de
la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica (elipse). El punto focal
no está montado en el centro del plato, sino desplazado a un lado del
mismo (offset), de tal forma que el foco queda fuera de la superficie de la
antena. La ventaja de esta tecnología es que recibe algo más de señal.
2.Offset

Lleva un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda
radiada hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda
recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas
receptoras; presentan una gran directividad, una gran potencia en el
transmisor y un receptor de bajo ruido.
3.Cassegrain

Es un grupo de antenas conectadas formando una sola antena cuyo
ancho de haz y dirección, puede cambiarse electrónicamente sin tener
que mover físicamente ninguna de las antenas individuales. Su ventaja es
que ya no se mueven mecánicamente sus elementos. Una aplicación
típica es en radares y en comunicaciones móviles de 3G y 4G.
Antenas “ARRAYS”

Una antena inteligente es la combinación de un arreglo de antenas
(arrays) con una unidad de Procesamiento Digital de Señales (DSP) que
optimiza los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente en
respuesta a una señal de interés en el entorno.
Mansilla, C. G., Brandau, E. M., & Morineau, N. F. (2007)
Antenas inteligentes

Es aquella que, en vez de disponer de un diagrama de radiación fijo, es
capaz de generar o seleccionar haces muy directivos enfocados hacia el
usuario deseado, e incluso adaptarse a las condiciones radioeléctricas
en cada momento; se diferencian de las antenas convencionales ya que
pueden trabajar de dos modos: omnidireccional y direccional.

1) Modo omnidireccional. La antena en este modo emite señal con la
misma intensidad hacia todas direcciones.
2) Modo direccional. La antena emite señal en una sola dirección y con
un cierto ángulo de apertura, tiene un mayor alcance hacia la dirección
donde emite la antena ya que concentra su espectro en un rango menor.

3. ¿Cuál es el
diseño básico de
una antena y los
parámetros de
una antena?

El elemento radiante es la parte de la antena que
transmite o recibe las ondas electromagnéticas.
Puede ser un conductor metálico, como un alambre,
una barra o una superficie plana, dependiendo del
tipo de antena.
Colaboradores de Wikipedia. (2024, marzo 19)
Elemento radiante:

Alimentación:
La alimentación es el punto donde se conecta la
antena al circuito eléctrico para transmitir o
recibir señales. Puede ser a través de un cable
coaxial, un conector o directamente a través de
un circuito impreso.
López, J. M. (2022, 29 junio)

Algunas antenas utilizan un elemento reflector para
mejorar su rendimiento direccional. El reflector puede ser
un conductor metálico colocado detrás del elemento
radiante para reflejar las ondas electromagnéticas en la
dirección deseada.
Reflector (opcional):

En antenas direccionales, como las antenas
Yagi-Uda, se pueden usar elementos
adicionales llamados directores para
aumentar la directividad de la antena.
Directores (opcional)

La antena se monta en una estructura mecánica que la
sostiene y posiciona en su lugar. Puede ser una estructura
metálica, plástica u otro material adecuado.
La forma y el tamaño de la estructura de montaje pueden
variar según el entorno de aplicación y los requisitos de
instalación.
Colaboradores deWikipedia. (2024, marzo 19)
Soporte o estructura mecánica:

Patrón de radiación:
Es la representación grafica de las características de
radiación en función de la potencia, ya sea en antenas
direccionales, sectoriales u omnidireccionales, podemos
ver en coordenadas polares su forma de transmisión
tanto en su plano horizontal como vertical.
Olivares, L. (2021, 23 julio)

Esto nos va a determinar que tan grande o pequeño es
nuestro ángulo de apertura o haz en una antena. Este punto
puede variar entre antenas direccionales ya que puede ir
desde los 9 a los 2.5º de apertura, entre más pequeño sea el
haz de mi antena, significa que puede llegar distancias más
lejanas por lo cual es una antena 100% directiva
DIRECTIVIDAD:

Ganancia:
La ganancia es un término empleado para expresar cuánto de las señales
interceptadas por el plato son concentradas en el alimentador, y depende
de tres factores:
El tamaño del plato, la frecuencia de las señales a recibir y la exactitud
geométrica de la superficie reflectora.
Libretexts. (2022)

Eficiencia:
Eficiencia: La eficiencia de una antena depende de 3
factores principales: front to back, VSWR y pérdida en
retorno

Este parámetro nos va determinar en qué parte del espectro
nos podemos posicionar en nuestra antena. Este punto nos
puede ayudar a trabajar mejor en un rango de frecuencia
amplio de 4.9 a 6.4 GHz, o normal de 5.1 a 5.8º GHz.
Frecuencia:

Es la onda radiada por una antena en una dirección dada, ésta
pude darse en una configuración de 90 o 45o, por lo cual
determinará el tipo de onda y comunicación con el otro extremo.
Polarización:

Son estructuras metálicas o dieléctricas que guían las ondas
electromagnéticas en un camino definido. Se utilizan para alimentarlas y
conectarlas a dispositivos emisores o receptores. Los tipos comunes de
guías de onda incluyen guías rectangulares, circulares y de cavidad.
Guía de onda. (2024, 23 de enero).
¿Qué es?

Actualmente son muy importantes las guías de onda dieléctricas que
trabajan a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente
llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda
ancha, las cuales sustituyen a los cables coaxiales y enlaces de
microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.
¿En dónde se utiliza?

1. Rectangulares: Canales metálicos rectangulares para guiar ondas
electromagnéticas en aplicaciones de microondas y radiofrecuencia.
2. Circulares: Similares a las rectangulares pero con sección transversal
circular, útiles para polarización circular y geometrías específicas.
¿Cuáles tipos existen?

3. De cavidad: Estructuras resonantes entre dos conductores metálicos,
utilizadas en aplicaciones de alta potencia y frecuencias más bajas como
en sistemas de radar.
4. De onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales
dieléctricos, sin ninguna pared conductora.
¿Cuáles tipos existen?

5. Patrones de radiación
en antenas

Es una representación gráfica de las propiedades de radiación de la
antena, en función de las distintas direcciones del espacio, a una
distancia fija, normalmente en la región del campo lejano (donde el
campo eléctrico es radial). Esta puede ser representada en forma
tridimensional (3D) o de forma bidimensional (2D).
Luna-Castellanos, A. (2024).
¿Qué son?

Dicho diagrama suele representar la densidad de potencia radiada, o
bien la amplitud y/o fase del campo eléctrico radiado por la antena,
habitualmente se representa la amplitud del campo eléctrico.
¿Para qué sirven?

En un diagrama de radiación típico de
una antena direccional, se aprecia una
zona en la que la radiación es máxima,
a la que se denomina haz principal o
lóbulo principal.
Conceptos clave asociados

A las zonas que rodea a los máximos
del diagrama, pero de menor amplitud
que el máximo absoluto, se les llama
lóbulos secundarios.

Entre los lóbulos están los nulos en
donde la radiación es cero o mínima.

El lóbulo diametralmente opuesto al
lóbulo principal se denomina lóbulo
trasero.

6. Ganancia y
polarización en
antenas.

Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección del
máximo a una distancia R y la potencia total entregada a la antena
dividida por el área de una esfera de radio R.
Ganancia: ¿Qué es y para qué sirve?

La ganancia de una antena es su capacidad para dirigir la energía de las
ondas electromagnéticas en una dirección específica, comparada con
una antena de referencia. Se expresa en decibelios y indica cuánta
potencia se concentra en una dirección particular..
Ganancia: ¿Qué es y para qué sirve?

Se utiliza en comunicaciones inalámbricas, radiodifusión, sistemas de
radar y comunicaciones de largo alcance para mejorar la cobertura,
amplificar la señal y permitir una detección precisa a distancias mayores.
Ganancia: ¿En dónde se utiliza?

Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección,
como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo
eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La
polarización puede ser lineal, circular y elíptica.
Polarización: ¿Qué es y para qué sirve?

Comunicaciones inalámbricas: En redes WiFi, telefonía móvil y por
satélite, mejora la calidad de la señal y reduce la interferencia.
Radiodifusión: En la transmisión de radio y televisión.
Radar: Para detectar objetivos con mayor precisión.
Comunicaciones militares.
Polarización: ¿En dónde se utiliza?

Conclusiones:
En conclusión, la antena básica consta de elementos esenciales
como el elemento radiante, la alimentación y, en algunos casos,
un reflector. Estos componentes trabajan en conjunto para
transmitir o recibir ondas electromagnéticas de manera eficiente,
lo que es fundamental en una variedad de aplicaciones.
En resumen, los parámetros de una antena, como la impedancia,
la polarización y la directividad, influyen en su rendimiento y
funcionalidad. Comprender estos parámetros es crucial para
diseñar antenas efectivas que cumplan con los requisitos
específicos de diferentes aplicaciones.

Referencias (tema 1, 2, 4, 5 y 6):
Huidobro, J. M. (2013). Antenas de telecomunicaciones. Revista digital de acta, 18.
https://www.acta.es/medios/articulos/ciencias_y_tecnologia/020001.pdf
Mansilla, C. G., Brandau, E. M., & Morineau, N. F. (2007). Antenas inteligentes y su desempeño en redes wireless. Síntesis
Tecnológica, 3(2), 97-109. http://revistas.uach.cl/pdf/sintec/v3n2/art05.pdf
Guía de onda. (2024, 23 de enero). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 14:39, enero 23, 2024 desde
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Gu%C3%ADa_de_onda&oldid=157569742.
Luna-Castellanos, A. (2024). Antenas. Fecha de consulta: 20:38, abril 27, 2024 desde
https://www.inaoep.mx/~aluna/Antenas.pdf

Referencias (tema 3):
colaboradores de Wikipedia. (2024c, marzo 19). Antena. Wikipedia, la Enciclopedia Libre.
https://es.wikipedia.org/wiki/Antena
Elemento radiante de doble banda y doble polarización multi propósito - HUB Digital de Innovación. (2022, 10 agosto).
HUB Digital de Innovación. https://www.upm.es/recursosidi/offers-resources/patentes/elemento-radiante-de-
doble-banda-y-doble-polarizacion-multi-proposito/
López, J. M. (2022, 29 junio). Diferencias entre una antena direccional y una omnidireccional. Movistar Blog.
https://www.movistar.es/blog/router/antena-direccional-antenas-
omnidireccionales/#:~:text=La%20antena%20direccional%2C%20en%20una%20direcci%C3%B3n&text=Su%20prop%C3%B
3sito%20es%20enviar%20la,posible%20de%20la%20radiaci%C3%B3n%20deseada.
Olivares, L. (2021, 23 julio). Los 6 parámetros que debo saber de una antena - Mi Com | Soluciones Creativas. MICOM.
https://micom.mx/blog/los-6-parametros-que-debo-saber-de-una-antena-65
Libretexts. (2022, 1 noviembre). 4.5: Parámetros de la antena. LibreTexts Español.
https://espanol.libretexts.org/Ingenieria/Dise%C3%B1o_de_microondas_y_RF_I_-
_Sistemas_de_radio_(Steer)/04%3A_Antenas_y_el_enlace_RF/4.05%3A_Par%C3%A1metros_de_la_antena

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