Antenas: introducciónComunicaciones 2

Carlos Andrés Viteri Mera M.S.

Departamento de Ingeniería Electrónica

Aviso2222

� Material de clases basado en:

� Las figuras numeradas se tomaron del suplemento: Accompanying multimedia material

Constantine A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, tercera edición, Wiley, 2005.

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Introducción a las antenas3333

� Definiciones

� Tipos de antenas

� Mecanismo de radiación

� Distribución de corriente en un alambre delgado

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Definiciones

Introducción

� Antena: un elemento que irradia o recibe ondas de radio. (Definición IEEE)

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Introducción

� Es un elemento que permite la transición entre ondas electromagnéticas en el espacio libre y ondas en medios de transmisión guiados

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Introducción7777

� Una antena irradia o recibe energía

� Una línea de transmisión guía la energía entre dos puntos

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Modelo de una antena

� Una antena puede modelarse como una carga con impedancia:�� � �� � �� � ��

� �� representa la pérdida de potencia en los materiales de la antena.

� �� representa la potencia radiada al espacio.

� � componente reactivo de la radiación.

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Tipos de antenas

Tipos de antenas

� Antenas alambradas:

� Encontradas en la vida diaria

� Sencillas y de bajo costo

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Monopolos, dipolos, bucles y hélices

Antenas alambradas11111111

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Tipos de antenas

� Antenas de abertura:

� Usadas con guías de onda

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Cornetas piramidales y cónicas

Antenas de abertura13131313

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Tipos de antenas

� Antenas planares:

� Circuitos integrados

� Baja ganancia

� Bajo costo

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Parches y resonadores

Planares15151515

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Tipos de antenas

� Arreglos de antenas:

� Cambian las características de radiación de un elemento sencillo

� Mayor ganancia, directividad, etc.

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Helicoidales

Arreglos17171717

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Yagi - Uda

Arreglos18181818

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Tipos de antenas

� Reflectores: incrementan la ganancia de la antena

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Reflectores angulados

Reflectores20202020

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Reflectores parabólicos

Reflectores21212121

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Mecanismo de radiación

Mecanismo de radiación

� Cualquier alambre conductor produce radiación en presencia de un flujo de cargas

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Mecanismo de radiación

� Consideremos la aplicación de un voltaje a una línea de transmisión terminada en una antena.

� En la línea, los conductores se encuentran alejados unas fracciones de longitud de onda (p.e. 5 mm)

� En la antena los conductores se alejan distancias comparables a la longitud de onda (p.e. λ/2)

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Mecanismo de radiación

� Dado que la velocidad de la onda se mantiene constante, las líneas de campo eléctrico se curvan al llegar a la antena.

� Las líneas de campo eléctrico pueden existir:

� Entre cargas positivas y negativas

� Formando bucles cerrados (como el campo magnético alrededor de una corriente)

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Mecanismo de radiación

� Consideremos el caso de un dipolo con longitud λ/2 (λ/4 en cada brazo), al que llega un campo eléctrico sinusoidal por medio de una línea de transmisión

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Mecanismo de radiación

� Durante el primer cuarto de periodo, se forman líneas de campo en el dipolo:

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Mecanismo de radiación

� Durante el segundo cuarto de periodo, nuevas líneas de campo (con desfase de 180°) se forman.

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Mecanismo de radiación

� Las cargas de los primeros dos primeros cuartos se recombinan, lo que hace que disminuya la densidad de cargas en la antena

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Mecanismo de radiación

� Al desaparecer las cargas que soportan el campo eléctrico guiado, las líneas de campo se cierran para conformar una onda de espacio libre

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Mecanismo de radiación

� Durante la otra mitad del periodo, sucede el mismo proceso. El campo eléctrico generado por la antena durante un periodo completo tiene la forma:

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Distribución de corriente en un alambre delgado

Distribución de corriente

� Consideremos una línea de transmisión terminada en circuito abierto, sobre la que se propaga un campo eléctrico

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Onda estacionaria

Solución de la corriente en una línea

Distribución de corriente

� En el caso anterior los campos se mantienen confinados entre las líneas, y no hay radiación. En el caso de una línea terminada en circuito abierto (alambres doblados):

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34343434

La distribución de corriente es la misma, pero los campos ya no

están confinados

Distribución de corriente

� Finalmente, en el caso del dipolo, tanto el campo eléctrico como el magnético de cada brazo refuerzan la radiación.

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La distribución de corriente es la misma.

Hay radiación

Distribución de corriente

� La distribución de la magnitud de la corriente depende de la longitud de los brazos del dipolo. Nótese el caso del dipolo con longitud λ/2.

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Distribución de corriente

� La distribución de la magnitud de la corriente depende de la longitud de los brazos del dipolo:

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Distribución de corriente

� Dado que la corriente tiene una variación armónica en el tiempo, la magnitud de la distribución siempre cambia. De todas maneras la corriente en el extremo del dipolo se mantiene en cero (circuito abierto).

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Distribución de corriente

� Durante el ciclo negativo hay un cambio de dirección en la corriente, lo que corresponde a un cambio de fase en los campos generados

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Bibliografía

Bibliografía

� Constantine A. Balanis, Antenna Theory: Analysisand Design, tercera edición, Wiley, 2005.

� John D. Kraus, Antennas, segunda edición, McGraw Hill, 2001.

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