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Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Ingeniería en Telecomunicaciones Polarización vertical ANTENAS POLARIZACIÓN VERTICAL
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Ingeniería en Telecomunicaciones
Polarización vertical
ANTENAS POLARIZACIÓN VERTICAL
POLARIZACIÓN
La polarización de la antena se refiere a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta respecto a una superficie reflectora.La polarización de una antena corresponde a la dirección del campo eléctrico emitido por una antena.
POLARIZACION
LINEALCIRCULAR
ELIPTICA
TIPOS DE POLARIZACIÓN
La forma trazada sobre un plano fijo por un vector de campo
eléctrico de una onda plana que pasa sobre él es una
curva de Lissajous y puede utilizarse para describir el tipo de
polarización de la onda. Las siguientes figuras muestran
algunos ejemplos de la variación del vector de campo eléctrico
(azul) con el tiempo (el eje vertical), con sus componentes X e
Y (roja/izquierda y verde/derecha), y la trayectoria trazada por
la punta del vector en el plano (púrpura). Cada uno de los tres
ejemplos corresponde a un tipo de polarización.
GRAFICO DE POLARIZACIÓN
LINEAL CIRCULAR ELIPTICA
POLARIZACION LINEAL
La polarización de la antena juega un papel importante en el diseño de la misma. Recuérdese que la polarización viene definida por la trayectoria que describe el vector de campo eléctrico (o magnético) cuando se observa en el sentido de propagación de la onda (la onda se aleja del observador)Así, se tiene:
Polarización lineal: las variaciones del vector de campo eléctrico están contenidas una única dirección.
POLARIZACION LINEAL
Si una antena trabaja en polarización lineal vertical (por ejemplo, perpendicular a la superficie del suelo), en teoría sólo puede transmitir y recibir ondas verticalmente polarizadas (el campo eléctrico ha de variar en una dirección perpendicular al suelo). Así, la antena no podrá recibir una onda polarizada horizontalmente (paralela al suelo) y se dice entonces que la antena no es capaz de trabajar con ondas de polarización cruzada.
POLARIZACION VERTICAL
La polarización de una onda es vertical cuando el campo eléctrico de la onda es perpendicular a la tierra. El radio completo de la onda consiste en una interacción de energía entre el campo magnético horizontal y el campo eléctrico vertical.
POLARIZACIÓN VERTICAL
Las antenas verticales radian uniformemente alrededor del horizonte, producen campos polarizados verticalmente, ángulos de salida bajos óptimas para HF, VHF y UHF.
POLARIZACION VERTICAL
La polarización que se muestra es polarización vertical, ya que las líneas de fuerza del campo eléctrico están perpendiculares a la superficie horizontal de la tierra.
Propagación de la energía electromagnética polarizada verticalmente
POLARIZACIÓN VERTICAL
H
E
Vista frontal de la onda de radio verticalmente polarizada. las líneas de fuerza magnética son paralelos a la tierra y las líneas eléctricas son perpendiculares a la superficie de la tierra. la onda completa consiste en una interacción de energía entre los dos campos de fuerza.
POLARIZACIÓN VERTICAL
POLARIZACIÓN VERTICAL
Interpretación desde el inicio de una onda de radio de polarización vertical que muestra la radiación del campo eléctrico de la antena.
ANTENAS VERTICALES
Una antena de polarización vertical se utiliza especialmente en dos áreas:
Comunicaciones de baja frecuencia: por debajo de los 2MHz
Las comunicaciones móviles: ya que se dificulta montar un dipolo polarizado horizontalmente sobre un vehículo. Una antena vertical solo tiene un punto de montaje y menos resistencia al viento
El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos.
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
ANTENA
Reflexión de una onda de radio desde una antena vertical sobre una superficie perfectamente plana.
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
La onda recibida en un punto distante consiste en una onda directa, mas una onda creada por la reflexión del suelo..
Esta acción se compara con la reflexión de un espejo y las leyes de la óptica aplican de la misma manera a la reflexión de una onda de radio.
Se puede considerar que la onda reflejada viene de una “antena imagen” localizada tan lejos, bajo la superficie de la tierra como la antena real que esta por encima de la tierra.
La fuerza de la onda reflejada depende del peso de la antena y la conductividad de la tierra.
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
El patrón de radiación de una antena es afectado mas que todo por la reflexión de la superficie.
Por debajo del ángulo ( Brewster) la onda reflejada de una antena vertical cancela parcialmente la onda directa.
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
Mientras que por encima de este ángulo la reflexión de la superficie mejora la onda directa proporcionando una ganancia de hasta 6 decibeles en condiciones de aire libre.Esta ganancia es teórica ya que no existe una antena en la tierra que este en aire libre.
En todo caso entre mejor sea la conductividad del suelo mas bajo será el ángulo critico y mas grande la radiación.
Esta puede ser la razón por la cual se reportan resultados tan conflictivos de parte de los amateurs usando antenas verticales.
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
Cada país tiene un grafico de efectividad de la conductividad de la tierra..
REFLEXION DE UNA ANTENA POLARIZACIÓN VERTICAL
En todas las áreas excepto en lugares como el desierto y regiones con suelos muy rocosos , la conductividad es bastante buena.
COMPARACIÓN VERTICAL VS HORIZONTAL
Comparación entre patrones de campo vertical, antenas verticales y horizontales sobre un buen suelo.
COMPARACIÓN VERTICAL VS HORIZONTAL
La antena horizontal esta a ¾ de longitud de onda del suelo.
Mientras que la base de la antena vertical esta a la altura del suelo.
Ambas antenas proporcionan buena radiación a un ángulo vertical de mas o menos 20 grados.
La antena debe ser 52 pies de alto para hacer el mismo trabajo en una banda de 20 mts.
Sin embargo la antena vertical radia máxima potencia a este ángulo vertical cuando la base esta a la altura del suelo.
COMPARACIÓN VERTICAL VS HORIZONTAL
Para la banda de 20 mts se requiere una altura de antena horizontal aproximadamente de 52 pies (15.8) mts, comparado con una altura total de solo 16.5 pies (5mts) para la antena vertical.
La antena horizontal tiene un ángulo mayor de radiación por lo tanto son ideales para la transmisión punto a punto.(ejemplo yagui).
La vertical tiene mayor cobertura de transmisión (omnidireccional).
REFLEXIÓN DE LA IONOSFERA
REFLEXIÓN DE LA IONOSFERA
El ángulo vertical de una reflexión de onda desde una antena en el plano de suelo es un factor importante en la comunicación hf de largas distancias, ya que la onda de radio es reflejada de nuevo en la ionosfera en un punto distante y devuelta a la tierra.
Los ángulos de reflexión determinan el camino de la onda.
Para comunicación de larga distancia, el ángulo de reflexión ionosferico optimo depende de la altura de ionosfera, la longitud del camino y los factores del clima.
ANTENA DIPOLO
Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. El dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos co-lineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.
Dipolo pequeño
Polarización del dipolo En el plano azimut (polarización Vertical), el
dipolo presenta un campo omnidireccional y en el plano de elevación (polarización Horizontal) el campo es direccional y está compuesto por dos lóbulos.
DIAGRAMAS DE RADIACION DE ANTENAS DIPOLO
El tipo de polarización de la onda electromagnética que ésta irradia está determinado por la posición del vector E (vector del campo eléctrico) con respecto a una superficie reflectora. En el caso del Dipolo, para conseguir polarización vertical se debe ubicar el dipolo en posición vertical con respecto a la tierra.
DIPOLO DE MEDIA ONDA Antena dipolo común de media onda,
montada vertical respecto a la superficie del terreno, irradia una onda electromagnética, polarizada verticalmente.
PLANO DE TIERRA DE CUARTO DE ONDA
Esta es una de las antenas verticales mas utilizadas por los radioaficionados en las bandas de FE y FME.
El elemento radiador vertical se construye con una pieza de aluminio o cobre.
VENTAJAS DE LA PLANO TIERRA
La principal ventaja de esta antena, con respecto a otros radiadores de polarización vertical, es que tiene una perdida de corriente en la conexión a tierra pequeña.
TABLAS CON DIMENSIONES DE LA ANTENA PLANO DE TIERRA
ANTENA CUADRÁTICA Formada por un cierto número de lazos de
alambre, dispuestos en cuadrado o en rombo, normalmente con una longitud de ¼ de onda por lado es decir 1 onda en total
DIPOLO EN ‘V’ INVERTIDA
Es una variación del dipolo de media onda.
Se instala con una distancia de π/2 medios ente las ramas en el vértice.
Presenta ángulos de salida bajos y una impedancia próxima a los 50 ohmios.
El ángulo entre los elementos debe ser aproximadamente 100 grados para un acople de 50 ohmios
Patrón de radiación
ANTENA DIPOLO PLEGADO (SLIM JIM)
Antena Slim Jim
Patrón de radiación
Antena de dos elementos, media longitud de onda. Ofrece mayor ancho de banda – directamente proporcional al ancho de elementos físicos – Dipolo Grueso
RADIADOR HIPODERMICO
Antena vertical de media onda tipo «camisa»
Diagrama de irradiación de la antena
Es un radiador vertical de media onda
El dipolo está formado por un tubo grueso y, un radiador delgado
REFLECTOR ESQUINERO
Geometría del reflector esquinero
La impedancia del dipolo cambia con el ángulo del reflector
si el ángulo es de 60º y la distancia del dipolo al vértice es de 0,5 longitudes de onda, la impedancia es apx 70 Ohm
Mono banda Simple en “V” invertida Polarización Vertical
“W” invertida para bandas bajas Polarización vertical
Multibanda Polarización Vertical
ALGUNAS CONFIGURACIONES EN LOS DIPOLOS
ANTENA MONOPOLO VERTICAL (TIPO MARCONI)
Se trata de una antena conductor vertical de poco espesor, perpendicular a la tierra. Puede imaginarse como un brazo de un dipolo, al cual la tierra le sirve de espejo para “fabricar” la imagen del otro trozo. (brazo del dipolo).
La altura de esta antena es ʎ/4.Impedancia es de 36 Ω.Ganancia isotrópica es de 4.76 dbi.
PLANO DE TIERRA PARA ANTENA MONOPOLO
Se dice que el monopolo no es una antena completa, y que por ello se debe completar con un plano de tierra que le permita funcionar correctamente. Aunque la antena funciona bien sin el plano de tierra, se ha observado que tiene una eficiencia mucho menor.
El plano de tierra puede ser: Natural (Una superficie de agua salada). Artificial ( conductores unidos a la base).
MONOPOLO VS DIPOLO
PATRÓN DE RADIACIÓN
OTRAS ANTENAS VERTICALES MONOPOLO
Antena Helicoidal HF
Antena Ringo
Antenas verticales con trampa
CONSTRUCCIÓN DE UNA ANTENA VERTICAL
Estas antenas suele construirse autoportantes (la parte de la radiante de la antena se sujeta únicamente con el soporte de la base )
USOS TECNOLÓGICOS DEL MONOPOLO VERTICAL
El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos.
A causa de la popularidad de la VHF móvil en la banda de 2m, la antena más común es el monopolo vertical.
El monopolo vertical es muy usado en las expediciones de radioaficionados, sobre todo desde islas o costas.
MONOPOLO VERTICAL
RADIACION MONOPOLO VERTICAL
APLICACIONES DE ANTENAS DE POLARIZACIÓN VERTICAL Los monopolos se utilizan extensamente en sistemas de
comunicaciones, a frecuencias desde unos 300 KHz hasta más de 1 GHz y constituyen el tipo de antena utilizada universalmente en los servicios de radiodifusión sonora de AM de 540 a 1650 KHz, en que su estructura es una torre vertical hasta de más de 100 m, dependiendo de la frecuencias.
La comunicación en VHF o UHF através de repetidores (analógicos o digitales) se efectúa exclusivamente en FM y utilizando polarización vertical, por lo que las antenas verticales omnidireccionales ofrecen una excelente solución para repetidores relativamente cercanos.
Los dipolos polarizados verticalmente se emplean frecuentemente en VHF en clase de emisión de frecuencia modulada.
ANTENAS VERTICAL ES VS HORIZONTALES
Tanto las antenas verticales como las horizontales tienen ventajas y desventajas inherentes, según sea la frecuencia usada y el modo de transmisión empleado.
La antena horizontal es la menos afectada por una ubicación cercana a torres, edificios, arboles, etc.
La antena vertical requiere poco espacio para su instalación en comparación con la antena horizontal.
