Antenas y líneas de transmisión

Tópicos Selectos de comunicación
Unidad 2
Integrantes:
Chong Álvarez Xiu Li
Gordillo Osorio Carlos Humberto
López Martínez Nayeli
28 de marzo del 2014.

Índice
 Introducción…………………………………....4
 Antenas…………………………………………5
 Parámetros generales de una antena…..…...6
 Impedancia………………………………………...7
 Eficiencia…………………………………………...8
 Patrón de radiación………………………………..9
 Campos cercanos y lejanos……………………..10
 Ganancia directiva y ganancia de potencia…....11
 Polarización de la antena………………………..12
 Ancho del haz de la antena……………………..13
 Ancho de banda de la antena…………………...14
 Tipos de antena………………………………..15
 Antena colectiva………………………………….16
 Antena de cuadro………………………………...17
 Antena de reflector o parabólica………………...18
 Antena lineal……………………………………....19
 Antena multibanda………………………….…….20
 Dipolo de media onda……………………….……21
 Antena yagi……………………….……………….22
2

 Línea de transmisión…………………………………………………………………………..23
 Parámetros distribuidos…………………………..…………………………………………....24
 Tipos de líneas de transmisión………………………………………………………………...25
 Líneas de transmisión de conductor paralelo o Línea de transmisión de cable abierto……………26
 Par de cables protegido con armadura…………………………………………………………………...27
 Líneas de transmisión coaxial o concéntrica……………………………………………………………..28
 Características de la transmisión……………………………………………………………...29
 Constantes primarias……………………………………………………………………………………......30
 Constantes secundarias…………………………………………………………………………………....31
 Factor de velocidad……………………………………………………………………………..32
 Pérdidas en la línea de transmisión…………………………………………………………..33
 Pérdida del conductor……………………………………………………………………………………….34
 Pérdida por radiación…………………………………………………………………………………..…...35
 Pérdida por calentamiento del dieléctrico……………………………………………………………..…36
 Pérdida por acoplamiento…………………………………………………………………………………37
 Relación de onda estacionaria……………………………………………………….……….38
 Onda estacionaria en una línea abierta…………………………………………………….…..………..40
 Onda estacionaria en una línea en cortocircuito………………………………………………………..41
 Coeficiente de atenuación………………………………………………………………….…42
 Coeficiente de desplazamiento…………………………………………………………….…43
 Coeficiente de reflexión……………………………………………………………………….44
 Longitud de onda………………………………………………………………………………45
 Ejemplo para estación base…………………………………………………………………..46
 Conclusión de Humberto…………………………………………………………………….49
 Conclusión de Xiu…………………………………………………………………………….50
 Conclusión de Nayeli...……………………………………………………………………….51
 Fuentes de información.……………………………………………………………………..52 3

Introducción
 A continuación se presentará el tema de “Antenas y
Líneas de transmisión”, incluyendo definiciones,
características, parámetros y otros datos de
importancia.
4

Antenas.
 Es un dispositivo que sirve para transmitir y
recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por
la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en
ondas electromagnéticas que se pueden transmitir
por el espacio libre.
 En realidad una antena es un trozo de material
conductor al cual se le aplica una señal y esta es
radiada por el espacio libre.
5

Parámetros generales de una
antena
 Una antena va a formar parte de un sistema, por lo
que tenemos que definir parámetros que la
describan y nos permita evaluar el efecto que va a
producir sobre nuestro sistema.
6

Impedancia
 Como el transmisor producirá corrientes y campos, a
la entrada de la antena se puede definir la
impedancia de entrada mediante la relación tensión-
corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá
una parte real Re(w) y una parte imaginaria
Ri(w), dependientes de la frecuencia.
7

Eficiencia.
 La Eficiencia de Radiación se define como la relación entre
la potencia radiada por la antena y la potencia que se
entrega a la misma antena.
 La Eficiencia de Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la
relación entre la potencia que le llega a la antena y la
potencia que se le aplica a ella.
8

Patrón de Radiación
 Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que
representa las intensidades de los campos o las densidades de
potencia en varias posiciones angulares en relación con una
antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la
intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia
(P), se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la
intensidad del campo o la densidad de potencia en relación
al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación
relativo.
9

Campos Cercanos y Lejanos.
 El termino campo cercano se refiere al patrón de campo que esta
cerca de la antena, y el termino campo lejano se refiere al patrón
de campo que está a gran distancia.
 Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena,
en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el
campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia
que esta en el campo cercano regresa a la antena. El campo
cercano se llama a veces campo de inducción.
 La potencia que alcanza el campo lejano continua irradiando lejos y
nunca regresa a la antena por lo tanto el campo lejano se llama
campo de radiación.
10

Ganancia Directiva y Ganancia
de Potencia.
 La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia
radiada en una dirección en particular con la densidad de
potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia,
suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de
potencia.
 La ganancia de potencial es igual a la ganancia directiva excepto
que se utiliza el total de potencia que alimenta a la antena (o sea,
que se toma en cuenta la eficiencia de la antena).
11

Polarización de la Antena.
 La polarización de una antena se refiere
solo a la orientación del campo eléctrico
radiado desde ésta. Una antena puede
polarizarse en forma lineal (por lo
general, polarizada horizontal o
vertical), en forma elíptica o circular. Si
una antena irradia una onda
electromagnética polarizada
verticalmente, la antena se define como
polarizada verticalmente; si la antena
irradia una onda electromagnética
polarizada horizontalmente, se dice que
la antena está polarizada
horizontalmente; si el campo eléctrico
radiado gira en un patrón elíptico, está
polarizada elípticamente; y si el campo
eléctrico gira en un patrón circular, está
polarizada circularmente. 12

Ancho del Haz de la Antena.
 El ancho del haz de la antena es sólo la separación
angular entre los dos puntos de media potencia (-3dB)
en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano
de la antena, por lo general tomando en uno de los
planos "principales".
13

Ancho de Banda de la Antena.
 El ancho de banda de la antena se define como el
rango de frecuencias sobre las cuales la operación
de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general,
se toma entre los puntos de media potencia, pero a
veces se refiere a las variaciones en la impedancia
de entrada de la antena.
14

Tipos de antenas
 Una antena es un dispositivo formado por un
conjunto de conductores que, unido a un generador,
permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o
que, conectado a una impedancia, sirve para captar
las ondas emitidas por una fuente lejana para este
fin existen diferentes tipos:
15

Antena colectiva.
 Antena receptora que, mediante la conveniente
amplificación y el uso de distribuidores, permite su
utilización por diversos usuarios.
 Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la
mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya
sea en el plano horizontal o vertical, en el patrón de
elevación y en el patrón de azimuth se puede ver la
directividad de la antena Flat Panel..
16

Antena de cuadro.
 Antena de escasa sensibilidad, formada por una
bobina de una o varias espiras arrolladas en un
cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace
útil en radiogoniometría.
17

Antena de reflector o
parabólica.
 Antena provista de un reflector metálico, de forma
parabólica, esférica o de bocina, que limita las
radiaciones a un cierto espacio, concentrando la
potencia de las ondas; se utiliza especialmente para
la transmisión y recepción vía satélite.
18

Antena lineal.
 La que está constituida por un conductor
rectilíneo, generalmente en posición vertical.
19

Antena multibanda.
 La que permite la recepción de ondas cortas en una
amplitud de banda que abarca muy diversas
frecuencias.
20

Dipolo de Media Onda.
 El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es
una de las antenas más ampliamente utilizadas en
frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo
de 2 MHz, la longitud física de una antena de media
longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media
onda se le refiere por lo general como antena de
Hertz.
21

Antena Yagi.
 Antena constituida por varios elementos paralelos y
coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada
ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los
elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos
radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)
 Los elementos no activados se denominan parásitos, la
antena yagi puede tener varios elementos activos y varios
parásitos. Su ganancia esta dada por: G = 10 log n
donde n es el número de elementos por considerar.
22

Línea de Transmisión.
 Es cualquier sistema de conductores, semiconductores,
o la combinación de ambos, que puede emplearse para
transmitir información, en la forma de energía
eléctrica o electromagnética entre dos puntos.
23

Parámetros distribuidos.
 Se le llama así cuando las constantes primarias
están distribuidas uniformemente en toda la longitud
de la línea.
24Circuito equivalente de una línea de transmisión.

Tipos de líneas de transmisión.
25

Líneas de transmisión de conductor paralelo o
Línea de transmisión de cable abierto.
 Consiste simplemente de dos cables paralelos, espaciados
muy cerca y solo separados por aire. Los espaciadores no
conductivos se colocan a intervalos periódicos para apoyarse
y mantener se a la distancia, entre la constante de los
conductores. La distancia entre los dos conductores
generalmente está entre 2 y 6 pulgadas.
26

Par de cables protegido con
armadura.
 Para reducir las pérdidas por
radiación e interferencia,
frecuentemente se encierran las
líneas de transmisión de dos cables
paralelos en una malla metálica
conductiva. La malla se conecta
a tierra y actúa como una protección.
La malla también evita que
las señales se difundan más allá de
sus límites y evita que la interferencia
electromagnética llegue a los
conductores de señales. 27

Líneas de transmisión coaxial o
concéntrica
 Las líneas de transmisión de conductores paralelos son
apropiadas para las aplicaciones de baja frecuencia. Sin
embargo, en las frecuencias altas, sus pérdidas por
radiación y pérdidas dieléctricas, así como su
susceptibilidad a la interferencia externa son excesivas. Por
lo tanto, los conductores coaxiales se utilizan
extensamente, para aplicaciones de alta frecuencia, para
reducir las pérdidas y para aislar las trayectorias de
transmisión.
28

Características de la transmisión.
 Las características de una línea de transmisión se
llaman constantes secundarias y se determinan con
las cuatro constantes primarias. Las constantes
secundarias son impedancia característica y
constante de propagación.
29

Constantes primarias.
 Resistencia de cd en serie. Ω/m
 Inductancia en serie. H/m
 Capacitancia en paralelo. F/m
 Conductancia en paralelo.
30

Constante secundarias.
 La impedancia característica (Z0) de
una línea de transmisión es una
cantidad compleja que se expresa en
ohms, que idealmente es independiente
de la longitud de la línea, y que no
puede medirse.
 La constante de propagación (a veces
llamada el coeficiente de propagación)
se utiliza para expresar la atenuación
(pérdida de la señal) y el
desplazamiento de fase por unidad de
longitud de una línea de transmisión.
31

Factor de velocidad.
 Una consideración importante en aplicaciones de líneas
de transmisión es que la velocidad de la señal en la
línea de transmisión es más lenta que la velocidad de
una señal en el espacio libre. La velocidad de
propagación de una señal en un cable es menor que la
velocidad de propagación de la luz en el espacio libre,
por una fracción llamada factor de velocidad.
32

Pérdidas en la línea de
transmisión.
 Para propósitos de análisis se consideran las líneas sin
perdidas o ideales, como todo en la electrónica se
considera ideal, pero no lo son. En las líneas existen
ciertos tipos de perdidas a continuación haré una
breve descripción de ellas.
33

Pérdida del conductor.
 Como todos los materiales
semiconductores tienen cierta
resistencia finita, hay una
perdida de potencia inherente
e inevitable.
34

Pérdida por radiación.
 Si la separación, entre los conductores en una línea
de transmisión, es una fracción apreciable de una
longitud de onda, los campos electroestáticos y
electromagnéticos que rodean al conductor hacen
que la línea actúe como antena y transfiera energía
a cualquier material conductor cercano.
35

Pérdida por calentamiento del
dieléctrico.
 Una diferencia de potencial, entre dos conductores
de una línea de transmisión causa la pérdida por
calentamiento del dieléctrico.
36

Pérdida por acoplamiento.
 La pérdida por acoplamiento ocurre cada vez que
una conexión se hace de o hacia una línea de
transmisión o cuando se conectan dos partes
separadas de una línea de transmisión.
37

Relación de onda estacionaria
 La relación de onda estacionaria (SWR), se define como
la relación del voltaje máximo con el voltaje mínimo, o de
la corriente máxima con la corriente mínima de una
onda. A ello también se llama relación de voltajes de
onda estacionaria. (VSWR). En esencia es una medida
de la falta de compensación entre la impedancia de
carga y la impedancia característica de la línea de
transmisión.
38

 La ecuación correspondiente es :
(Adimensional)
 Los máximos de voltaje (Vmax) se presentan cuando las
ondas incidentes y reflejadas están en fase ( es
decir, sus máximos pasan por el mismo punto de la
línea, con la misma polaridad) y los mínimos de
voltaje(Vmin) se presentan cuando las ondas incidentes
y reflejadas están desfasadas 180º. La ecuación queda:
39

Ondas estacionarias en una línea
abierta.
 Cuando las ondas incidentes de voltaje
y corriente alcanzan
 Las características de una línea de
transmisión terminada en un circuito
abierto pueden resumirse como sigue:
1. La onda incidente de voltaje se refleja
de nuevo exactamente como si fuera a
continuar (o sea, sin inversión de fase).
2. La onda incidente de la corriente se
refleja nuevamente 1800 de como
habría continuado.
3. La suma de las formas de ondas de
corriente reflejada e incidente es mínima
a circuito abierto.
4. La suma de las formas de ondas de
corriente reflejada e incidente es
máxima a circuito abierto.
40

Ondas estacionarias en una línea en
cortocircuito.
 Las características de una línea de
transmisión terminada en corto puede resumir
como sigue:
1. La onda estacionaria de voltaje se refleja
hacia atrás 180 invertidos de cómo habría
continuado.
2. La onda estacionaria de corriente Se refleja,
hacia atrás, como si hubiera continuado.
3. La suma de las formas de ondas incidentes
y reflejadas es máxima en el corto.
4. La suma de las formas de ondas incidentes
y reflejadas es cero en el corto.
5. Para una línea de transmisión terminada en
un cortocircuito o circuito abierto, el
coeficiente de reflexión es 1 (el peor caso) y
la SWR es infinita (también la condición de
peor caso). 41

Coeficiente de atenuación.
 Es la reducción de Voltaje o corriente.
42

Coeficiente de
desplazamiento.
 Es el desplazamiento de fase por unidad de longitud
43

Coeficiente de reflexión.
 Es una cantidad vectorial que representa la relación
del voltaje reflejado entre el voltaje incidente, o la
corriente reflejada entre la corriente incidente.
44

Longitud de Onda.
 Es la distancia de un ciclo en el espacio.
45

Ejemplo para estación base
46

SAH58-120-16.
Antena Sectorial de 5.8 GHz con polarización
vertical de 17 dBi y cobertura de 120º
 Esta antena sectorial de 5.8 GHz es robusta y
resistente a la intemperie construida con una
resistente cubierta de plástico ABS con protección de
rayos UV y un robusto montaje galvanizado para una
larga duración en las condiciones más demandantes.
 Para tener una cobertura de 360º (como una antena
omnidireccional) y un largo alcance (como una
antena direccional) deberemos instalar o tres
antenas sectoriales de 120º ó 4 antenas sectoriales
de 90º.
47

LMR400
48
Metro de Cable Coaxial tipo LMR400 de baja pérdida Times
Microwave Systems o Pacific Wireless
Atenuación 6.8 dB en 30.48 mts. @ 2.4 GHz a 25 C y 10.8 dB en
30.48 mts @ 5.8 GHz a 25 C.

Conclusión de Humberto.
49
 Mediante este trabajo, nos damos cuenta de los
diferentes parámetros que se usan en las
comunicaciones con antenas y cada uno de estos
factores influyen en la transmisión y recepción de
datos por lo cual es conveniente cuidar los detalles
al momento de diseñar los enlaces usando antenas
y líneas de transmisión.

Conclusión de Xiu.
 Se puede observar como para el diseño y uso de una
antena, como en cualquier otro tipo de dispositivo, hay
que tomar en cuenta diferentes parámetros y
características para un óptimo desempeño; al igual que
en una línea de transmisión, ya que en ambos hay que
tomar en cuenta como obtener lo mejor de ellos evitando
las pérdidas que se puedan presentar. Tanto de las
antenas como de las líneas de transmisión hay
diferentes tipos y hay que conocerlos bien para elegir el
que mejor nos convenga.
50

Conclusión de Nayeli.
 Las antenas sirven para comunicar con ayuda de las
líneas de transmisión
51

Fuente de información.
 http://es.wikipedia.org/
 www.monografias.com
 www.rincondelvago.com/
 proton.ucting.udg.mx
 http://www.ipwireless.com.mx/accesorios.html
52

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