1 - Antenas - Introducción

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.

Comunicaciones 2 - Carlos Andrés Viteri Mera 2011 - A

Introducción a las antenas3333

� Definiciones

� Tipos de antenas

� Mecanismo de radiación

� Distribución de corriente en un alambre delgado


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


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


Tipos de antenas

� Antenas de abertura:

� Usadas con guías de onda

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Cornetas piramidales y cónicas

Antenas de abertura13131313


Tipos de antenas

� Antenas planares:

� Circuitos integrados

� Baja ganancia

� Bajo costo

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Parches y resonadores

Planares15151515


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


Yagi - Uda

Arreglos18181818


Tipos de antenas

� Reflectores: incrementan la ganancia de la antena

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Reflectores angulados

Reflectores20202020


Reflectores parabólicos

Reflectores21212121


Mecanismo de radiación


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


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


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


28282828


� 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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� 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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� 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


� 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):


34343434

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

están confinados


� 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


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


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� 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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� 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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