Introducción a la teoria de ANTENAS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
UNEFA NÚCLEO MÉRIDA
ANTENAS.

Breve reseña histórica
Los primeros sistemas de comunicación eléctricos fueron la telegrafía, introducida en
1844, seguida por la telefonía, en el año 1878. En estos sistemas, las señales se
enviaban a través de líneas de transmisión de dos hilos conductores, que conectaban el
emisor con el receptor.
Las teorías de las antenas surgen a partir de los desarrollos matemáticos de James C.
Maxwell, en 1854, corroborados por los experimentos de Heinrich R. Hertz, en 1887, y
los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897.
La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a
Terranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones.
Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centró
en elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmente se utilizaban
frecuencias de transmisión entre 50 y 100 kHz, por lo que las antenas eran pequeñas
comparadas con la longitud de onda. Tras el descubrimiento del tríodo por De Forest,
se puedo empezar a trabajar a frecuencias entre 100 kHz y algunos MHz, con tamaños
de antenas comparables a la longitud de onda.
A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes
(como guiaondas, bocinas, reflectores, etc). Una contribución muy importante fue el
desarrollo de los generadores de microondas (como el magnetrón y el klystron) a
frecuencias superiores a 1 GHz.
En las décadas de 1960 a 1980 los avances en arquitectura y tecnología de
computadores tuvieron un gran impacto en el desarrollo de la moderna teoría de
antenas. Se espera un mayor avance a partir del año 2000.
Los métodos numéricos se desarrollaron a partir de 1960 y permitieron el análisis de
estructuras inabordables por métodos analíticos. Se desarrollaron métodos asintóticos
de baja frecuencia (método de los momentos, diferencias finitas) y de alta frecuencia
(teoría geométrica de la difracción GTD, teoría física de la difracción PTD).
El avance más importante de la década fue la invención de la ranura resonante. En 1939
A. D. Blumlein patentó un cilindro ranurado excitado por una espira, o bien mediante la
conexión directa de una línea bifilar a los extremos de la ranura. La polarización era
perpendicular a la dimensión mayor de la ranura. Se propuso una agrupación lineal de
ranuras. También se descubrieron los efectos de la carga inductiva serie y capacitiva
paralelo.
Los avances en los generadores de señal permitieron la utilización de los reflectores
propuestos el siglo anterior. Marconi construyó un enlace de 25 Km, a la frecuencia de
600 MHz entre el Vaticano y Castelgandolfo con antenas parabólicas con alimentadores
coaxiales.
Desde el punto de vista teórico destaca el análisis de las antenas cilíndricas realizado
por King en 1937 y Hallen en 1938. La formulación integral propuesta se sigue
utilizando en la actualidad.

Ing. Alfredo Guardia U. http://guardiaunefa.blogspot.com/

ANTENAS.

BANDAS DE FRECUENCIA
frec. frec.
Banda Denominación l máxima l mínima
mínima máxima
Extremely Low
ELF Frequency - 3 kHz - 100 km
VLF Very Low Frequency 3 kHZ 30kHz 100 km 10 km
LF Low Frequency 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km
MF Medium Frequency 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m
HF High Frequency 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m
VHF Very High Frequency 30 MHz 300 MHz 10 m 1m
UHF Ultra High Frequency 300 MHz 3 GHz 1m 10 cm
SHF Super High Frequency 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm
Extremely High
EHF Frequency 30 Ghz 300 GHz 1 cm 1 mm
BANDAS DE TELEVISIÓN
Banda frec. mínima frec. máxima canales
I 47 MHz 68 MHz 2,3,4 VHF
II 88 MHz 108 MHz FM
III 174 MHz 230 MHz 5 al 12 VHF
IV 470 MHz 606 MHz 21 al 37 UHF
V 606 MHz 862 MHz 38 al 69 UHF
BANDAS DE MICROONDAS
frec. frec.
Banda l máxima l mínima
mínima máxima
L 1 GHz 2 GHz 30 cm 15 cm
S 2 GHZ 4 GHz 15 cm 7.5 cm
C 4 GHz 8 GHz 7.5 cm 3.75 cm
X 8 GHz 12.4 GHz 3.75 cm 2.42 cm
Ku 12.4 GHz 18 GHz 2.42 cm 1.66 cm
K 18 GHz 26.5 GHz 1.66 cm 1.11 cm
Ka 26.5 GHz 40 GHz 11.1 mm 7,5 mm
mm 40 GHz 300 GHz 7.5 mm 1 mm


ANTENAS.

BANDAS ÓPTICAS
frec. frec.
Banda Denominación l máxima l mínima
mínima máxima
Región
submilimétrica 300 GHz- 800 GHz 1 mm- 0,4 mm
IR Infrarrojo 800 GHZ 400 THz 0,4 mm 0,8 µm
V Visible 400 THz 750 THz 0,8 µm 0,4 µm
UV Ultravioleta 750 THz 10000 THz 400 nm 12 nm

¿Qué es una antena?
Es un dispositivo que sirve para transmitir y/o 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.
Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a ser
destinadas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no
deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de
teléfonos móviles. También es una antena la que está integrada en la computadora
portátil para conectarse a las redes Wi-Fi.), otras veces deben serlo para canalizar la
potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de
radioenlaces).
Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la
longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las
dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda las antenas
se denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda
se llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son
directivas.
Circuito equivalente de una antena.

La fuente es representada por un generador ideal, la línea de transmisión es
representada por una impedancia característica Zo, la antena es representada por una


ANTENAS.

impedancia Za compuesta de 3 impedancias en serie: Ri, Rr, Xa. La impedancia Ri
representa las pérdidas por conductor y por dieléctrico. Rr es la llamada “resistencia de
radiación” y es una resistencia ficticia utilizada para justificar la potencia que es radiada
al espacio. La reactancia Xa es utilizada para representar la parte imaginaria de la
radiación (potencia reactiva).
En condiciones ideales se espera que la potencia generada por la fuente sea
transmitida en su totalidad a la resistencia de radiación, sin embargo esto no se logra
en la práctica debido a que existen pérdidas intrínsecas por conducción y por
dieléctrico así como cuestiones de acoplamiento de impedancias por lo que no toda la
potencia es transmitida y se generan 2 tipos de ondas viajando en direcciones
opuestas; ondas transmitidas de la fuente hacia la carga y ondas reflejadas en dirección
contraria. Estas ondas en direcciones opuestas generan interferencia constructiva o
destructiva que deriva en las llamadas “standing waves” (ondas estacionarias).

Principio de radiación de las antenas.
Todas las antenas funcionan de manera similar, al conectar una fuente de corriente
alterna en los terminales de la antena aparece una distribución de tensión y corriente a
lo largo de ella, las cuales varían de acuerdo a las dimensiones y tipos de antena. Por
ejemplo, en la siguiente figura se muestra la distribución de corriente y tensión en una
antena dipolo de media onda, en donde se puede apreciar que los extremos de una
antena son puntos de máxima tensión y mínima corriente.

La diferencia de potencial entre los conductores de la antena crea un campo eléctrico,
el cual es ortogonal al campo magnético creado por la corriente que circula por ella.
Los campos eléctricos y magnéticos creados por la antena alcanzarán valores máximos
y mínimos, dependiendo de la magnitud de la corriente. La siguiente figura (a) muestra
una antena dipolo de media onda y la corriente de la fuente de alimentación. Al
conectar la fuente figura (b), en el instante t = 0, la corriente en la antena será cero y no
se creará ningún campo. Al ir aumentando la corriente hasta alcanzar su valor máximo
(t = T / 4) las líneas de campo eléctrico crecen, y se alejan de la antena figura (c) y (d)
hasta completar un paquete de líneas que se desprenden de la antena y quedan libres
en t = T / 2 figura (e). Durante el semiciclo siguiente se forma un nuevo paquete de
líneas de campo eléctrico figura (f), igual al ya formado pero de sentido contrario, el
cual empuja las líneas que se habían desprendido de la antena y hace que éstas se
desplacen en una determinada dirección. Proceso que continúa y da lugar a la
formación y propagación de ondas electromagnéticas, ya que al campo magnético


ANTENAS.

generado por la corriente que circula por la antena se comporta de la misma forma que
el campo eléctrico.

Propagación.
Las ondas electromagnéticas radiadas por una antena tienden a viajar en línea recta,
pero existen factores que curvan las ondas haciendo posible las radiocomunicaciones.
Dependiendo de la frecuencia usada, la polarización de la onda, las características
radioeléctricas del terreno, de las condiciones troposféricas e ionosféricas, la
propagación de las ondas electromagnéticas pueden clasificarse en:


ANTENAS.

• Propagación por Onda de Superficie o Terrestre: f<3MHz. Largo alcance y gran
estabilidad. Influye mucho el tipo de terreno en la propagación. Este tipo de
propagación ocurre para polarización vertical. Ej: Radio AM.
• Onda Ionosférica: 3<f<30MHz. Gran alcance con poca estabilidad. La onda se refleja
en las capas ionizadas de la atmósfera estas son D, E, F1, F2 y varían en altitud y
espesor dependiendo de la hora del día, mes y año. Ej: Radioaficionados,
comunicaciones militares.
• Onda Espacial o Troposférica: f >30MHz. A través de la troposfera. Suele exigir visión
directa. Ej: radioenlaces, telefonía móvil, difusión de televisión terrestre y satélite.
La propagación puede ser por:
○ Onda Directa: enlaza transmisor con receptor directamente.
○ Onda Reflejada: enlace a través de una reflexión en el suelo
○ Ondas de Multitrayecto: varias reflexiones de la señal alcanzan el receptor.
• Onda de Dispersión Troposférica: con frecuencias f >30MHz. Por reflexiones difusas
en discontinuidades. Alcanza una distancia más allá del horizonte.

Ruido e Interferencias Ambientales.
La señal radiada por una antena transmisora, antes de llegar al equipo receptor, sufre
atenuaciones a lo largo de la trayectoria seguida y además es contaminada por ruido e
interferencia ambientales.
El nivel de la señal necesaria para una comunicación satisfactoria está determinada por
el ruido de fondo captado por la antena, procedente de las fuentes cósmicas,
atmosféricas o terrestres.
En el diseño de un sistema de comunicaciones la intensidad de ruido es un factor
importante para determinar la potencia del transmisor o la máxima distancia que se
puede cubrir con un trasmisor de potencia dada.
Los ruidos se pueden clasificar en:
• Ruido estático o atmosférico.
• Ruido cósmico o galáctico.
• Ruido producido por el hombre.
Ruido estático o atmosférico: Predominan hasta los 30 MHz. Tiene su origen en los
disturbios eléctricos naturales que se producen en la atmósfera, como son las
tormentas eléctricas.
Ruido cósmico o galáctico: Predominan hasta 5 GHz. Tiene su origen en la vía láctea, las
galaxias y el sol.
Ruido producido por el hombre: Son ruidos artificiales y provienen de los aparatos
eléctricos que usan conmutación (motores o generadores de c.c.), contactos vibrantes,
arcos o cualquier mecanismo que dé lugar a chispas eléctricas, el encendido de
lámparas fluorescentes, etc.


ANTENAS.

Parámetros fundamentales de las antenas.
El dipolo eléctrico infinitesimal o dipolo ideal se caracteriza por ser un conductor lineal
de:
a) Longitud infinitesimal o de longitud finita mucho más pequeña que la
longitud de onda h << λ.
b) Diámetro mucho más pequeño que la longitud del conductor d << h.
c) Distribución de corriente uniforme.

El dipolo ideal no existe aisladamente, pero puede considerarse como parte de una
antena real. De allí, que conocidas las propiedades de un dipolo ideal, se puedan
determinar las propiedades de las antenas lineales, al considerarlas compuestas por un
gran número de dipolos ideales, con corrientes de magnitud y fase adecuadas.
La mayor parte de las antenas a frecuencias inferiores a 1 MHz se comportan como
dipolos elementales, dado que a esa frecuencia la longitud de onda es de 300 m.

Haciendo uso de las ecuaciones de Maxwell se puede calcular los campos
electromagnéticos creados por el dipolo ideal en un punto cualquiera.
H= Io h4 π jkr+ 1r2 e-jkr senθ aφ

E= Iohη4 π 21r2+ 1jwϵr3e-jkrcosθ ar+ jkr+1r2+ 1jkr3e-jkrsenθ aθ

En donde η representa la impedancia intrínseca del medio, la cual para el espacio libre
es, 120π ≈ 377 Ω y para los otros medios está dada por:
η= με= wμk
Potencia radiada por el dipolo ideal.
El flujo de potencia por unidad de área en un punto cualquiera P, está dado por el
vector de Poynting en el punto.
P= E x H
La potencia radiada por el dipolo ideal se obtiene de integrar la componente radial del
vector de Poynting sobre una superficie esférica con centro en el dipolo.
WT= P dS
WT=40 π2hλ2Io2 watt.


ANTENAS.

Campos Cercanos y Lejanos.

El espacio que rodea a una antena se puede dividir en 3 regiones de forma esférica. El
campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de
radiación que se encuentra a gran distancia.
* La región de campo cercano reactivo (R → 0) , se refiere al patrón de campo que
está cerca de la antena, y su potencia radiada está constituida en su mayoría por
potencia reactiva. Para la mayoría de las antenas ésta región se ha definido en el rango
R<0,62 D3λ donde: R: es el radio alrededor de la antena, λ: longitud de onda, D:
dimensión mayor de la antena.
Para dipolos muy cortos o antenas similares esta región queda delimitada por: R< λ2π
* La región de campo cercano radiante también conocida como la región de
Fresnel. Se encuentra limitada en los rangos: R<0,62 D3λ y R<2D2λ . Para antenas
cortas se puede considerar a esta región para el rango R ≥ λ2π
* La región de campo lejano (R >> λ) también conocida como la región de
Fraunhofer, se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. La potencia radiada
está constituida en su mayoría por potencia activa. La región se extiende desde
R>2D2λ. Para antenas de cortas dimensiones el rango se puede considerar como R≫
λ2π
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 está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es
similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, 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. La potencia de radiación, por lo general es la más importante
de las dos, por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se
dan para el campo lejano. El campo cercano se define como el área dentro de una
distancia D2/λ de la antena, en donde λ es la longitud de onda y D el diámetro de la
antena en las mismas unidades.
Para el campo cercano (r → 0) predominan los términos 1r2 quedando:
Hφ= Io h senθ e-jkr4π r2


ANTENAS.

Er= 2Iohηcosθ e-jkr4 π r2

Eθ= Iohηsenθ e-jkr4 π r2

Para el campo lejano (r >> λ) predominan los términos 1/r quedando:

Hφ=jkIoh e-jkr4 π r senθ

Er=0

Eθ=jkηIoh e-jkr4 π r senθ

Parámetros de antenas:
• Densidad de potencia radiada.
• Diagrama de radiación.
• Directividad.
• Ganancia.
• Polarización.
• Impedancia.
• Adaptación.
• Área y longitud efectiva.

Densidad de potencia radiada.
La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en
una determinada dirección. Las unidades son watios por metro cuadrado. Se puede
calcular a partir de los valores eficaces de los campos como:
P= E x H= E2Zo

Diagramas de radiación.
Es la representación gráfica de la magnitud relativa de los campos en el espacio. Se
presenta generalmente en dos planos, uno que contiene al campo eléctrico (Plano E) y
otro que contiene al campo magnético (Plano H). Aunque también se pueden
representar en 3-D.
El diagrama de radiación de una antena se define como la representación gráfica de las
características de radiación en función de la dirección angular. Se utilizará
habitualmente un sistema de coordenadas esférico. Las tres variables de un sistema
esférico son ( r, q, f)


ANTENAS.

El diagrama de radiación se puede medir colocando la antena en estudio en el centro
de una esfera imaginaria y moviendo otra antena a distancia constante de ella.
Generalmente, en la práctica se trabaja con el diagrama de radiación normalizado de
modo que el valor en la dirección de máxima radiación sea la unidad, es decir:
Fθ, φ= EθEθmax
Fθ, φ representa el diagrama de radiación normalizado y Eθmax el valor máximo en una
esfera de radio r.

La siguiente figura es la representación tridimensional de los campos radiados por una
antena.

Dada la dificultad de representar gráficamente el diagrama tridimensional se opta por
representar cortes del diagrama en coordenadas polares o cartesianas. Los cortes
corresponden a la intersección del diagrama 3D con planos.

Fig 1. Representación 3D, con Fig 2. Corte Bidimensional en Fig 3. En
coordenadas
Intercepción de los planos coordenadas polares. Cartesianas y escala


ANTENAS.

logarítmica
Según sea la forma del diagrama de radiación, las antenas se pueden clasificar en:
• Isotrópicas. Antenas hipotéticas, sin pérdidas que emiten o reciben señales con
igual intensidad en todas las direcciones.
• Omnidireccionales. Antenas que tienen un diagrama de radiación no direccional
en un plano (generalmente en el horizontal) y uno direccional en cualquier plano
ortogonal.
• Unidireccionales. Antenas que tienen una sola dirección de ganancia máxima.
• Multidireccionales. Antenas que tienen la propiedad de radiar o recibir señales
más eficientemente en una direcciones que en otras.

Parámetros de un diagrama de radiación.
Partes de un diagrama de radiación de una antena cualquiera:
• Lóbulo principal: Es el lóbulo que contiene la dirección de máxima radiación.
• Lóbulos menores: Son todos aquellos lóbulos menores que el principal.
• Nulos: Son los puntos en los cuales el patrón se anula.
• Ancho del haz para Media Potencia θMP: Es la separación angular entre los
puntos donde el lóbulo principal del patrón de potencia es igual a la mitad de su
valor máximo, es decir:
θMP= θMPI- θMPD radianes.
En un patrón de campo estos puntos corresponden a los puntos en donde el
campo tiene un valor de 12. Al ancho del haz para Media Potencia se le denomina
también ancho de 3 dB.

Parámetros de un diagrama de radiación.


ANTENAS.

Directividad (D).
Se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a
una distancia, y la densidad de potencia promedio que radiaría a la misma distancia una
antena isotrópica, a igualdad de potencia total radiada.
Dθ, φ= P(θ, φ)Pav

Pav= WT4 π r2
Sustituyendo, nos queda:

Dθ, φ= 4 π Pθ, φr2WT

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Directividad se refiere
a la dirección de máxima radiación, de modo queda:

D= 4πB steroradian o radian2
Donde B es el ángulo sólido del haz, el cual es el ángulo sólido a través del cual fluiría
toda la potencia radiada si la intensidad fuese constante e igual al valor máximo en
todo el ángulo.
Una forma aproximada de determinar la directividad es considerando el ángulo sólido
del haz (B) aproximadamente igual al producto del ancho del haz en los puntos de
media potencia (3 dB) de dos planos ortogonales. De modo, que llamando θMP el
ancho del haz en un plano y φMP el ancho del haz en el plano normal, se tiene:
B ≅ θMP* φMP

Eficiencia (e).
La eficiencia se puede definir como la relación entre la potencia radiada WT por una
antena y la potencia entregada Wt a la misma o la potencia recibida en la antena WR y
la potencia en el receptor Wr. La eficiencia es un número comprendido entre 0 y 1.
Relacionado con la impedancia de la antena tenemos la eficiencia de radiación y la
eficiencia de reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una, que tan buena es una
antena emitiendo señal, y otra, que tan bien está adaptada una antena a una línea de
transmisión.
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. Como la potencia está
relacionada con la resistencia de la antena, podemos volver a definir la Eficiencia de
Radiación como la relación entre la Resistencia de radiación y la Resistencia de la
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.
En la práctica las antenas de VHF y banda superiores pueden alcanzar valores muy
cercanos a 1.
e= WTWt= WrWR
Ganancia.


ANTENAS.

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia
radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a
igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.
P ( θ ,φ )
G ( θ ,φ ) =
We
4π r 2
Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Ganancia se refiere a la
dirección de máxima radiación.
P
G = max
We
4π r 2
En la definición de Directividad se habla de potencia radiada por la antena, mientras
que en la definición de ganancia se habla de potencia entregada a la antena. La
diferencia entre ambas potencias es la potencia disipada por la antena, debida a
pérdidas óhmicas.
La relación entre la ganancia y la directividad es la eficiencia

Si una antena no tiene pérdidas óhmicas, la Directividad y la Ganancia son iguales.

Polarización.
Se le llama polarización de la antena a la polarización del campo eléctrico respecto a un
plano de tierra dado.
En función de cómo sea el desfase de las componentes x e y del campo eléctrico
generado tendremos tres tipos de polarizaciones:
Lineal: Si tienen la misma fase o están en contrafase (desfase= 0 ó π).
Circular: Si están desfasadas π/2 o 3π/2 y sus magnitudes son iguales.
Elíptica: Si están desfasadas y tienen magnitudes iguales o distintas.
La importancia de como polariza una antena el campo eléctrico generado radica en que,
una antena está preparada para captar un campo eléctrico de su misma polarización
(principio de reciprocidad). Es decir, que si una antena genera un campo eléctrico con
polarización lineal en transmisión, esa misma antena usada como antena receptora
estará preparada para captar de forma eficiente un campo eléctrico de su misma
polarización. Esto no impide que pueda captar parte del campo eléctrico de una antena
con distinta polarización, sino que sólo captará una parte de la señal recibida.

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada,
dependiendo de la polarización del vector del campo eléctrico con respecto al plano
horizontal la polarización puede ser vertical u horizontal.


ANTENAS.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal:
E= x ej(wt-kz)
E=x+ 0,5 yej(wt-kz)

Si la figura trazada es un círculo, la onda se denomina circularmente polarizada. El
sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador,
determina si la onda está polarizada circularmente hacia la derecha o hacia la izquierda.
Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular hacia la
derecha. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es
circular hacia la izquierda.
Para entender esto piensa que el campo eléctrico describe a lo largo del tiempo una
señal circular similar a lo que es la rosca de una tuerca y que la antena receptora es un
tornillo que también tiene una rosca. Si giras la tuerca hacia el lado contrario de la rosca
del tornillo la tuerca no entra en el tornillo y sin embargo si la tuerca gira hacia el
mismo lado de la rosca del tornillo sí que entra en el tornillo.

Circular Elíptica

El mismo convenio se aplica a las ondas con polarización elíptica.


ANTENAS.

Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entre
los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores
comprendidos entre 1 e infinito.
Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación
temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes.
Gracias a los diferentes tipos de polarización podemos aprovechar esto para transmitir
más información en una banda de frecuencias. Como sabemos, si dos señales se
transmiten moduladas a la misma frecuencia ambas interfieren. Sin embargo, podemos
utilizar una polarización lineal vertical para transmitir una señal y una polarización
horizontal para transmitir la otra señal. Gracias a que el plano vertical forma 90º con el
horizontal tendremos una interferencia casi nula, por lo que ambas señales no
interferirán.

E=x+ jyej(wt-kz) Polarización circular a la izquierda.
E=x-jyej(wt-kz) Polarización circular a la derecha.
E=nx+jyej(wt-kz) Polarización elíptica.
E=(n+j)x-jyej(wt-kz) Polarización elíptica.

Impedancia.
La impedancia de entrada de una antena es la impedancia que presenta en los
terminales a través de los cuales es conectada al equipo transmisor o receptor
mediante una línea de transmisión o un circuito de acoplamiento.
La impedancia de una antena se define como la relación entre la tensión y la corriente
en sus terminales de entrada. Dicha impedancia es en general compleja. La parte real se
denomina resistencia de antena y la parte imaginaria, reactancia de antena.
V
Z i = i = Ra + jX a
Ii
Se define la resistencia de radiación como la relación entre la potencia total radiada por
una antena y el valor eficaz de la corriente en sus terminales de entrada, elevada al
cuadrado.
Se refine la resistencia óhmica de una antena como la relación entre la potencia
disipada por efecto de pérdidas resistivas y la corriente en sus terminales al cuadrado.
Por lo tanto la resistencia de antena la podemos considerar como la suma de la
resistencia de radiación y la resistencia óhmica.
V
Z i = i = Ra + jX a = ( Rr + RΩ ) + jX a
Ii
La eficiencia de una antena se puede obtener a partir de las resistencias de radiación y
óhmicas, teniendo en cuenta que es la relación entre la potencia total radiada y la
potencia entregada a la antena.


ANTENAS.

Se deberá adaptar la antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia,
que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la
adaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y longitud.
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 Rim(w),
dependientes de la frecuencia.
Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su impedancia
Rim(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia.
Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejor
se comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la
impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia de entrada a la antena
Re. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la frecuencia.
Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos resistencias, la resistencia de
radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (Ri). Se define la resistencia de radiación como
una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la
antena. La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos.
Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena.
Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de la
antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas,
que lo único que hacen es producir grandes pérdidas.
La impedancia de entrada de una antena que se encuentra cerca de otras antenas u
objetos se ve afectada por ellos; para su estudio, la antena se considera aislada, de
modo que su impedancia de entrada es igual a la impedancia propia de la antena.

Adaptación.
Las antenas receptoras tienen un circuito equivalente de Thevenin, con una impedancia
de antena y un generador de tensión. La transferencia de potencia entre la antena y la
carga es máxima cuando ambas impedancias son complejas conjugadas.

2
V
W = a
r
m

4 Ra

En general, si no hay adaptación, la potencia recibida por una carga RL + jX L conectada
a una antena de impedancia Ra + jX a se puede calcular como
2
Va RL
Wr =
( Ra + RL ) + ( Xa + XL )
2 2


ANTENAS.

Se define el coeficiente de adaptación como la relación entre la potencia recibida y la
potencia que se recibiría en el caso de máxima transferencia de potencia. Toma valores
entre 0 y 1.
W 4 Ra RL
Ca = r
Wr ( Ra + RL ) 2 + ( X a + X L ) 2
m

Área y longitud efectivas.
El área efectiva se define como la relación entre la potencia recibida y la densidad de
potencia incidente en una antena. La antena debe estar adaptada a la carga, de forma
que la potencia transferida sea la máxima. La onda recibida debe estar adaptada en
polarización a la antena.
W
Aef = r
Pi m2
En recepción, el área efectiva representa el área equivalente a través de la cual se
extrae la energía de las ondas electromagnéticas que llegan a la antena.
Expresando el área efectiva en función del ángulo sólido nos queda:
Aef= λB m2

La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la relación
entre la tensión inducida en una antena en circuito abierto y el campo incidente en la
misma.
V
lef = a
Ei
La longitud efectiva es un parámetro útil para el diseño de antenas lineales. En
particular, conocida la longitud efectiva de una antena, los campos radiados se pueden
determinar utilizando las expresiones halladas para el dipolo ideal.


ANTENAS.

http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml
ANTENAS Y PROPAGACION. Zulima Barboza de Vielma. ULA
Miguel Ferrando, Alejandro Valero. Dep. Comunicaciones. Universidad Politécnica de
Valencia.
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/
http://es.wikipedia.org/wiki/Antenas
http://www.carlosmezquida.com/word/wp-content/archive/Pagina_2_CAPITULO3.pdf
http://wapedia.mobi/es/Antena?t=3.1.


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