Antenas y sus característicasAnuncios Google

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Este post, se me ocurrió, al querer saber algo mas sobre este tipo de temas, y dije porque no convertirlo en post para Taringa, por lo que buscando en libros e Internet, en variadas paginas encontraba, definiciones, tan complicadas y difíciles, que eran difíciles de explicar de manera fácil y correcta, porque a decir verdad, como les contaba, recién vengo adentrándome en este tipo de temas, en todo caso, sabia un poco de estos temas, por que esta relacionado con la Física, materia que me habían enseñado en la escuela, también con las imágenes, que he puesto sobre el tema, si que ayudan a entenderlo un poco mejor, lo trate de hacer lo mejor posible, siendo algunas cosas imposibles de explicar de manera fácil, pero, aquí esta todo lo que he encontrado:

Definición

Una antena, definida de forma simple, se puede decir que es un dispositivo (generalmente un conductor metálico) capaz de emitir o radiar y recibir ondas electromagnéticas (Ondas de radio). Las ondas (Ondas de radio) recibidas pasan a través

de un cable o guía de onda (es un tubo metálico conductor por medio del cual se propaga energía electromagnética de alta frecuencia), llamándose a esta “línea de transmisión” (las mas utilizadas son la línea de dos hilos paralelos y línea coaxial), al paso de la onda por el cable, estas ondas se convierten en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. Generalmente la transmisión por este tipo de medio, se realiza a través de un conjunto de componentes, llamándose antena receptora, a la que recibe la señal o la onda electromagnética y Antena transmisora a la que recibe tal señal u onda electromagnética. La antena transmisora transforma voltajes o corriente alterna en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa, transformando ondas electromagnéticas en voltajes. La línea de transmisión, la cual es parte de este sistema de recepción y/o transmisión, se utiliza solo para realizar una conexión eficiente, entre una antena y un transceptor (dispositivo que realiza funciones tanto de envío como de recepción de señales).

Resumen Histórico

Algunos de los primeros sistemas de comunicación fueron la telegrafía (1844), seguida posteriormente por la telefonía en el año 1878. La teoría de las antenas surge de los desarrollo matemáticos realizados por James C. Maxwell, en el año1854, y los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897. La primera comunicación transoceánica fue realizada el año 1901, y fue realizada desde Cornualles a Terranova. Tras el descubrimiento del tríodo, se empezó a trabajaren frecuencias entre los 100 Khz y algunos MHz. En el paso de la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron nuevos elementos relacionados con la tecnología de antenas, algunos de ellos fueron las guiaondas, bocinas, reflectores, etc.. Otro de los inventos importantes en este ámbito fueron los generadores de microondas, como el magnetrón y el klystron, los cuales trabajaban en frecuencias superiores a 1 GHz. Entre los años 1960 a 1980, los avances tecnológicos computacionales, tuvieron una gran relevancia en la moderna teoría de antenas, permitiendo la elaboración de nuevos métodos, que eran imposibles ser abordados en aquellos días, uno de los métodos desarrollados en base a estas tecnologías fueron los 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)

Características o parámetros de las antenas

Aquí les muestro las características más importantes de una antena, todas ellas especifican el funcionamiento y las medidas de la antena, así como su estructura, estas características determinaras el tipo de antena a convenir:

Antena Isotrópica

Diagrama de radiación

Ancho de banda

Directividad

Ganancia

Eficiencia

Polarización

Diagrama de radiación o Patrón de radiación (En ingles “Radiation Pattern”)

El Diagrama de radiación, es la representación gráfica de la energía emitida o radiada de una antena, dicho de otra forma es un grafico que representa las propiedades direccionales de radiación de una antena en el espacio, y para representarla se usan generalmente dos formas, mostrando el patrón o modelo de elevación de la antena y mostrando el modelo de azimut, de la misma. Los dos son graficas que representan la energía radiada o emitida por la antena, pero el modelo de elevación nos muestra esta misma, pero de perfil, en cambio el patrón o modelo de azimut, muestra una vista directa desde arriba. La combinación de estas dos graficas, crean una representación tridimensional de cómo es realmente la energía emitida desde la antena.

Por lo general, y porque es más simple, los patrones de radiación se representan en 2-D. En este caso, los patrones se dan como "cortes" a través del plano 3D. Como una antena no emite o radia energía del mismo modo en todas las direcciones por el espacio libre, ya que interfiere inherentemente en ella su geometría o forma, sus dimensiones o forma de excitación, de la misma, al depender de aquellos factores es capaz de dirigir la energía en determinadas direcciones del espacio. Generalmente este diagrama se utiliza para representar el campo electromagnético (Llamado Plano E) y el campo magnético de la antena (llamado Plano H), utilizando los diferentes valores mostrados con anterioridad, este diagrama generalmente es mas usado para la representación del campo eléctrico, que del magnético. Las mediciones comúnmente son representadas, por medio de coordenadas rectangulares o polares. A continuación un ejemplo de diagrama de radiación, perteneciente a un dipolo elemental en la figura 3.4, representado en 3D:

Existen dos clases de diagramas de radiación, están lo “absolutos”, representados en unidades absolutas de potencia o intensidad del campo, y los relativos, que como su nombre lo indica, se presentan en unidades relativas la potencia o intensidad del campo de energía emitida, siendo esta última generalmente la representación de una antena isotrópica. El modelo o patrón de radiación de la antena cambia dependiendo enteramente de la distancia, no siendo un diagrama hecho cerca de la antena, que a una distancia mas grande de ella, por ello se emplea el termino Campo cercano, cuando el modelo o patrón del campo de la antena, es sacado solo de las proximidades de misma antena, mientras que es usado el termino Campo Lejano, para referirse al patrón de campo de la antena, es sacado de distancias relativamente elevadas. El punto de interés central de la creación de diagramas de radiación, es poder analizar la potencia emitida o radiada por la antena, para lo cual, el escoger una distancia lo suficientemente extensa para asegurarnos de poder encontrarnos en campo lejano, esta

distancia dependerá de factores tan importantes, como lo son la longitud de onda y dimensiones de una antena. En la figura 3.5 se encuentra el diagrama de radiación de la misma antena anterior (el Dipolo), este modelo es una grafica en dos dimensiones y en coordenadas polares, en ella se puede obtener una mejor identificación de las características de radiación del Dipolo.

Como se dijo con anterioridad la creación de diagramas de radiación, generalmente se hace con el fin de determinar la potencia radiada por la antena, pero no es el único factor existente a sacar en una antena, ya que existen otros diagramas, usados para representar otras característica de la antena, como por ejemplo, la polarización de la antena, llamado este diagrama de polarización o el diagrama de fase, diagrama copolar o de contrapolaridad, etc. A través del diagrama de radiación, se pueden averiguar cuales son las prestaciones de una antena, dependiendo de la utilidad que le demos a la antena, y según lo que nos interese de ella, como que sea menor o mayormente directiva, sectorial, tipo de antena etc…, podremos verlo a primera vista en el diagrama de radiación.

El diagrama de radiación contiene una serie de características, generales usadas habitualmente para especificar las capacidades de una antena:

Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación..

Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación. Está comprendido entre dos mínimos relativos.

Lóbulos secundarios: todos aquellos distintos al lóbulo principal.

Lóbulos laterales: los adyacentes al principal, que generalmente son los más altos de todos los secundarios.

Lóbulo posterior: el que se encuentra en la dirección opuesta al principal.

Nivel de lóbulos secundarios: el nivel del mayor lóbulo secundario respecto al principal. A veces se utiliza la relación de lóbulo principal a lóbulo secundario, que coincide con el negativo del anterior (en dB). Los lóbulos secundarios radian potencia indeseada en direcciones no controladas, que pueden dar lugar a interferencias en sistemas de comunicaciones.

Relación de lóbulo principal a secundario: Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

Relación delante-atrás: es la relación entre el lóbulo principal y el lóbulo posterior. La radiación posterior puede ser causa de interferencias en radio enlaces, ya que muchas veces, debido a la simetría de los reflectores parabólicos, la radiación posterior asociada a la difracción en los bordes de éstos es elevada.

Ancho del haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma el valor de la mitad de la máxima potencia.

Nulos: un punto nulo en un diagrama de radiación es aquel en el cual la intensidad de potencia radiada esta en un mínimo. Estos se utilizan para la supresión de señales de interferencia en una dirección dada.

Ancho de banda (En Ingles “Bandwidth”)

El ancho de banda es el rango o extensión de frecuencias, en la que suele operar o abarcar una antena correctamente, ya sea para emitir o recibir energía. Debido a las diferentes limitaciones de una antena, este rango de frecuencias, a la cual es capaz de operar una antena, es finito, ósea limitado. Este rango de frecuencias, en el que (según la característica de la antena), esta no sobrepasa estos límites de frecuencia prefijados, se conoce como el ancho de banda de una antena. Explicado de otro modo, esta es el conjunto de frecuencias, que al menos uno de los parámetros característico de la antena permanece sin alteración, o por lo menos con pocas variaciones, asiéndose referencia comúnmente a las características de impedancia, diagrama de radiación o a la polarización de la antena. Con frecuencia el ancho de banda deseado es uno de los parámetros o características que determinan la manera de utilización de una antena. Hay muchos tipos de antenas que tienen anchos de banda muy estrechas, por lo que utilizarlas para funcionar con banda ancha, es imposible.

Directividad (En ingles “Directivity”)

Esta es una de las características fundamentales de las antenas, e indica la capacidad que tiene una antena, para conducir la potencia irradiada, en mayor o menor medida, hacia distintas direcciones o recibir la energía en una dirección en particular.

También se puede designar a la directividad como la capacidad de una antena para dirigir la energía irradiada, hacia una determinada dirección en el espacio. Este es el parámetro que determina si una antena es omnidireccionales (irradian en todas las direcciones), isotrópica, unidireccional, bidireccional, etc...

Ganancia (En ingles Gain)

En primera instancia, para entender mejor el concepto de ganancia en una antena, primero tendremos que entender lo que es una antena isotrópica, lo cual es muy importante, ya que las medidas de las ganancias de casi todas las antenas, se hacen en base a este tipo de antenas (este tipo de comparación es usada normalmente por los Ingenieros de microondas) o en base al dipolo resonante de media longitud de onda (este tipo de comparación es usada normalmente por los Ingenieros de celulares). La antena isotrópica, es el tipo de antena ideal, pero de construcción imposible, esta antena si se construyera recibiría energía desde todas las direcciones con la misma intensidad, lo que quiere decir, que esta antena presenta un patrón de radiación totalmente esférico y perfecto, y ninguna antena que haya sido construida tiene ese patrón. Como, ya explicamos, el concepto anterior, podemos irnos de lleno a lo que es ganancia, la cual se puede designar como la cantidad de energía emitida o radiada en una dirección predeterminada comparándola con la energía que radiaría una antena isotrópica en la misma dirección y alimentada con una misma potencia. La ganancia máxima de una antena es medida por medio de la dirección hacia la cual la antena emite energía con una mayor potencia. En antenas de tipo omnidireccionales la potencia es dirigida para todas las direcciones, por lo que la potencia llega con menor intensidad, que si la concentráramos, por ello es que las antenas direccionales, como la antena parabólica, que al no dispersar la señal, dirigiéndola para todas partes, tiene un aumento en su ganancia. La ganancia es expresada en decibelio (como por ej. +2 db), pero generalmente si comparamos la antena, de la cual queremos saber su ganancia, con una antena isotropica y decimos que la ganancia es de 3 db, esta será escrita de la siguiente forma 3dBi, pero si la antena es comparada con la antena de dipolo resonante de media longitud de onda, la ganancia será escrita así, dBd. La ganancia en si, es una forma de medir cuan directiva es una antena, comparándola, generalmente, con una antena isotrópica. Mientra mas alta la ganancia, mas directiva la antena y por lo tanto el radio del haz de energía será mucho menor, pero si la ganancia

es pequeña se dice que la antena es poco directiva, por lo que el radio de su haz se ra grande, esto se puede observar en la Imagen de abajo. Hay que recordar que las antena son elementos que no amplifican las señales que reciben o emiten, solo se encargan de conservar la mayor cantidad de potencia recibida y viceversa, hablando de las antenas emisoras. La ganancia, también se puede expresar como el producto de la directividad, dada por la geometría de la antena, y su eficiencia (la eficiencia de una antena se encuentra generalmente entre el 40% y el 60%), dada por el material del cual esta hecho la antena.

Medición de la Ganancia Las mediciones de ganancia se realizan, teniendo de referencia, como ya se dijo, generalmente una antena isotrópica o dipolo resonante de media longitud de onda, el primero es usado normalmente por los Ingenieros de microondas y el segundo es usado normalmente por los Ingenieros de celulares. Aunque esta referencia puede cambiar dependiendo del tipo de antena en cuestión, como por ejemplo, para la medición de ganancia en antenas móviles, como la de un automóvil, la ganancia se especifica según un Dipolo de ½ onda y a un látigo de ¼ de onda colocado en el centro del techo de un vehículo. La ganancia se puede calcular con la siguiente ecuación:

Formula para la Medición de la ganancia de una antena Parabólica La ganancia en potencia de una antena parabólica la podemos calcular a través de la siguiente expresión: G = 6 * (D/L)2

Siendo: G = Ganancia de potencia de la parábola D = Diámetro de la parábola. L = Longitud de onda utilizada

Eficiencia (En ingles Efficiency)

La eficiencia representa la capacidad de la antena para convertir la energía que recibe del transmisor, en energía electromagnética emitida en la frecuencia de operación.

Esta eficiencia será mas alta cuanto mas baja sea la resistencia de perdidas en relación con la resistencia de radiación, como ejemplo tomaremos una antena de 40 ohms de resistencia de radiación y 10 ohms de pérdidas, esta será tan eficiente como otra que posea 400 ohms de resistencia de radiación y 100 ohms de pérdidas. Al considerar elegir una antena o al instalarla en un lugar adecuado, hay que tratar de obtener la mayor eficiencia posible, y por lo tanto hay que tener en cuenta que esta eficiencia tiende a disminuir rápidamente cuando el largo de la antena es menor que media longitud de onda, esto sucede debido a que la resistencia de radiación tiende a aminorarse bastante, si una antena se le acorta la longitud, pero no es así en el caso de la resistencia de perdidas, ya que esta no cambia. Siempre y cuando, se disminuya la resistencia de perdidas en la misma cantidad que la disminución de la resistencia de radiación, la eficiencia no se vera afectada, por eso hay que tener en cuenta que si se tiene que disminuir el tamaño de una antena, hay que tener siempre la precaución de emplear buenos conductores y aisladores, bobinas o capacitares de la mejor calidad, siempre manteniéndola antena alejada de objetos capaces de absorber la energía emitida por la antena, tales como árboles, masas metálicas de pobre conductividad, construcciones y la tierra misma. Otra manera de expresar esta característica, es como la relación entre la potencia radiada y la potencia total dada a la antena, a una frecuencia dada. Si una antena posee una mayor relación entre dos resistencias en serie R y r, esta tendrá un mayor nivel de eficiencia, el coeficiente de eficiencia estará expresado siempre en porcentaje %. La eficiencia, puede designarse como la relacion entre ganancia y directividad. e = P(r) / P(in) = G / D

El parámetro e (eficiencia) es adimensional

Impedancia de entrada (En ingles Impedance)

La impedancia se refiere a la tensión que genera la corriente en la entrada de la antena, dicho de otro modo es la oposición total al fluir de la corriente dentro de un circuito. Para especificar esta característica, al conectar un equipo electrónico a otro, se presenta una resistencia o impedimento en el paso de la corriente eléctrica, por lo tanto a la suma de todos estos impedimentos se le llama impedancia, esta presenta una unidad de medida llamada “ohmio”, siendo el símbolo de esta unidad “Ω”. En radio se trabaja con impedancias de 50 Ω, en video generalmente con 75 Ω, por lo que al comprar un cable coaxial de antenas, debemos especificar para qué tipo de aparato es (como por ejemplo la radio) y que lo queremos con una impedancia de 50 Ω, en el caso de la radio, por supuesto, de lo contrario podemos dañar el trasmisor. Todas las antenas tienen definido un valor de impedancia justo en el punto donde unimos el cable de bajada al receptor. Es posible que aparezca una máxima transferencia de energía, solo cuando la impedancia de la antena se corresponde con la impedancia del cable de bajada, pero también la impedancia de este deberá corresponder con la impedancia que se localiza en la entrada del receptor (Usualmente esta impedancia es de 75 Ω). Hay que aclarar que la impedancia, tiene una parte real y una parte imaginaria, la parte

real es la denominada resistencia de una antena y a la parte imaginaria se le denomina Reactancia, en relación a esto se denominan resonantes a las antenas, si su reactancia de entrada es nula.

Anchura de haz (En ingles beamwidth)

Muy ligado al diagrama de radiación esta la Anchura de haz de la antena. La anchura de haz, llamada también anchura de haz a -3dB o ancho de haz de media potencia, es designada como la separación producida por un ángulo, localizado entre dos puntos de la mitad de potencia máxima (el 50% de la potencia), localizados en el lóbulo principal, que aparece en el Diagrama de radiación del plano de la antena, por lo general este plano es tomado del “principal”. El nombre “anchura de haz a -3dB”, es debido a que la mitad de la potencia, cuando es expresada en decibeles, esta es de -3dB, por lo tanto algunas veces el ancho del haz a mitad de potencia es referido como el ancho del haz a 3dB. Otra forma de definir que es la anchura de haz de -3dB, es explicándolo como el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la máxima. También existe una anchura de haz entre ceros, esta es designada como la separación angular de las direcciones del espacio en las que el lóbulo principal toma un valor mínimo. Existen también las anchuras de haz vertical y horizontal. Suponiendo que la mayor parte de la potencia radiada no se dispersa produciendo lóbulos laterales, entonces la ganancia directiva es inversamente proporcional al ancho del haz, esto quiere decir que si el ancho del haz decrece, la ganancia directiva se incrementa.

Polarización (En Ingles Polarization)

Esta característica, designa la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. La polarización se encuentra dividida en dos tipos básicos, así tenemos la polarización Lineal (que a su vez se divide en polarización vertical, horizontal y oblicua) y la polarización circular (esta ultima dividida en polarización circular derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda), estas polarizaciones son de suma importancia para obtener el máximo rendimiento de la antena, así como también el tener una antena receptora con la misma polaridad de la antena transmisora, para obtener también un máximo rendimiento de esta. Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo eléctrico (observado alejándose desde la antena, desde el punto de radiación, por supuesto). Intrínsecamente a esta característica, esta relacionada la forma en que colocamos la antena, solo algunos tipos de antenas como, podría ser la Yagi, son afectadas por esta característica. Sabiendo que las ondas electromagnéticas pueden presentar dos campos, uno eléctrico (Llamado campo E) que se desplaza en forma vertical y otro magnético (Llamado campo H) que lo hace en sentido horizontal, se puede determinar a través del campo eléctrico, el tipo de polarización que existe en determinadas antenas. Si una antena esta polarizada verticalmente, estas emitirán un campo eléctrico de forma vertical, por lo que las antenas estarán colocadas verticalmente, pero si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente, y si el campo eléctrico, está orientado de manera circular, se dirá que esta antena esta polarizada circularmente (como los hilos en la cuerda de un tornillo). En transmisiones en FM, se usa generalmente antenas de polarización circular, de esta manera, independientemente de cómo este ubicada la antena receptora, la señal llegara a ella con bastante nitidez.

Como, ya se ha dicho la polarización, se divide en varios tipos y dependen enteramente de la posición de la antena, por lo que si un dipolo, tuviera que captar una señal que viene polarizada horizontalmente, el dipolo ira acostado u horizontal. Al diagrama de radiación, que fue hecho en base a la polarización de una antena, se le llama diagrama copolar, solo si esta es la polarización deseada y se le llama diagrama contrapolar (crosspolar, en inglés), al diagrama de radiación con la polarización contraria. Algunas de las características de la polarización vertical, es que esta puede presentar menos reflexiones en el camino de transmisión, otro aspecto a tener en cuenta, es que las antenas omnidireccionales, siempre presentan una polarización vertical. En esta imagen se muestran cuatro tipos de polarización, en ella, se muestran las diferentes giros que adquieren dichas polarizaciones:

Relación Delante/Atrás (En ingles Front to Back Ratio F/B)

Esta característica de las antenas, señala la relación entre la máxima potencia emitida en una dirección principal y la potencia emitida en la dirección opuesta a esta. Si esta relación es descrita en un grafico con escala en dB (decibeles), esta relación Delante/Atrás, se describe como la diferencia en dB, entre el nivel de máxima radiación y el nivel de radiación que esta a 180º, este parámetro, es utilizado usualmente, cuando la interferencia hacia atrás es esencial en la elección de la antena que vamos a utilizar. Desde otro punto de vista, esta característica, puede señalar lo buena que es una antena al rechazo de las señales provenientes de la parte trasera, pero este punto de vista, resulta ser escasamente importante, pero esta en la posibilidad de que suceda. Esta característica de las antenas no es muy útil, debido a que a menudo varia enormemente de un canal a otro, pero si se tiene el patrón de radiación, la relación Delante/Atrás, no se necesita. Al compara una antena yagui con una parabólica, se puede observar que la antena yagui tiene una relación Delante/Atrás de aproximadamente 15 dB (según modelo y

fabricante), mientras que para la parabólica la relación Delante/Atrás es de >35dB (según modelo y fabricante). Sabiendo esta característica veremos, cuan buena es una antena respecto al rechazo por parte trasera, es decir, cuanto mayor sea este parámetro en las antenas parabólicas, mejor será esta. Siguiendo con la antena yagui, los 15 dB de esta, se pueden interpretar tambien como la disminución que se tendría (como por ej) al captar una onda reflejada o que rebote en un edificio, llegando esta a la parte trasera de la antena.

Resistencia de radiación

Si se le suministra potencia a una antena, parte de ella es irradiada, mientras que otra parte se convertirá en calor disipándose. Esta característica, no se puede medir de forma directa. La Resistencia de radiación es la relación de la potencia radiada por la antena dividida por el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación:

Siendo: Rr= Resistencia de radiación (Ohms) P = Potencia radiada por la antena (Watts) i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

Se podría obtener la eficiencia de una antena, dada que es la relación de la potencia radiada y la potencia disipada.

Diferencias entre antenas transmisoras y receptoras (parámetros)

Las antenas, tanto si son emisoras, como si son receptoras, presentan parecidos, lo que se puede deducir a partir del Teorema de Reciprocidad de Lorentz, esto quiere decir, que algunas de las características de las antenas acompañan, estan presentes en ambas antenas (receptoras y emisoras), presentando una misma impedancia, sin embargo existen algunas diferencias, fundamentales entre estas antenas, las cuales son:

1) En la antena emisora, se necesita dirigir la señal a una determinada dirección, de moso de tener una optima transmisión, con la mayor potencia posible y mínimas perdidas. En una antena receptora, para tener una señal optima, es necesario que la relación señal/ruido sea eficiente.

2) La corriente que circula por toda la antena, es muy distinta entre las antenas receptoras y emisoras.

I. Característica de las antenas en transmisión:

1) Densidad de radiación: La potencia es repartida en todas las direcciones del espacio. 2) Potencia total radiada: El flujo de la densidad de potencia en una superficie cerrada que rodea a la antena. 3) Intensidad de radiación K: Potencia radiada por unidad de ángulo sólido. 4) Directividad: Capacidad de direccionar potencia. 5) Ganancia: Cociente entre la potencia radiada y la absorbida. 6) Resistencia de radiación: Resistencia hipotetica que desapareceria a una resistencia igual a la resistencia radiada cuando la corriente es igual a la corriente eficaz 7) Impedancia de entrada. 8) Ancho de banda: Intervalo de frecuencias en las que puede operar la antena. 9) Polarización: Figura descrita por el vector campo en un punto fijo en el tiempo. Puede ser lineal, circular o elíptica.

II. Característica de las antenas en recepción:

1) Adaptación: La transferencia de potencia será máxima cuando haya adaptación conjugada (ZL=ZA*) 2) Desacoplo en polarización: La condición de máxima tensión se obtiene cuando la polarización de la onda recibida es la misma que la que produce la antena en transmisión. 3) Temperatura de ruido: Se trata de la temperatura a la que tendría que estar una resistencia para radiar la potencia de ruido en forma de calor.

Sitios Recomendados y Fuente

Curso de antenas http://www.upv.es/antenas/

Información General http://www.qsl.net/cx4caw/2inf.html

Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Antena

Libros/Referencias Edicions UPC - Antenas - Spanish Modern Antenna Design 2E (Thomas A. Milligan)

Clasificación clásica de las antenas

Existen múltiples clasificaciones de antenas, algunas las clasifican según su uso, forma, etc...A continuación daré unos listados de formas de clasificación de antenas:

Según su forma

Según su ganancia

Según la forma del pattern (Según el modelo o la configuración)

Según Ancho de banda, precio, etc..

Según su frecuencia y tamaño

Directividad

Según la aplicación habrá una antena con mejores características, según nuestras necesidades.

Como ustedes podrán observar este modo de clasificación de antenas es sacada de la Wikipedia, por que encontré, que este es el mejor método de clasificación de antenas, que he visto, da una visión global, sin enredarse en este tipo de temas. Existen antenas de diversos tipo y con formas muy diversas, llegando a verse estas integradas en computadoras portátiles para conectarse a las redes Wi-Fi, en el uso común de la televisión, en estaciones espaciales, pudiendo se también hacerse una clasificación, respecto al tipo de aparato, en el cual es utilizada dicha antena. Otra de las clasificaciones de las antenas, se realizan tomando en cuenta su modo de recepción, ósea el modo en que recepciona una señal, algunas de estas formas de recibir tal señal, son llamadas omnidireccionales, esto quiere decir, que si una antena es omnidireccional, tanto su recepción, como su transmisión, serán realizadas en todas direcciones, como es el caso de las antenas de las emisoras de radio, reflectores parabólicos de televisión o de amplificadores de señal de los teléfonos móviles. Otras antenas emiten o recepcionan la señal de forma uni-direccional, siendo su modo de propagación de solo una dirección, a este tipo de antenas pertenecen las antenas parabólicas, entre otras más. También hay clasificaciones respecto a sus dimensiones y la longitud de onda a captar o emitir. Si las dimensiones de la antena son más pequeñas que la longitud de onda, se denominan elementales, en fin un buen repertorio de ellas. Siguiendo con la clasificación de antenas, estas se pueden clasificas por su uso, forma, composición, Frecuencia etc, a continuación se mostrara una clasificación clásicas y la más conocida de entre todas ellas, después una clasificación funcional de las antenas:

Antena Isotrópica

Antena hipotética, cuya construcción resulta imposible, pero cuyo diagrama de radiación, es posible realizar, siendo este una esfera perfecta. Esta antena irradia ondas de radio de manera uniforme o por igual en todas direcciones, por lo que su diagrama, generalmente, resulta utilizado para el cálculo de diagramas de radiación de casi todas las antenas existentes. Por ser esta antena, la antena ideal y perfecta, tanto si esta es receptora, como si es transmisora (si su existencia fuera factible), esta antena podría enviar o recibir señales con las mismas condiciones, este en la posición en que este. Cuenta con una directividad de 0 dBi (dB, usando de referencia la misma antena Isotrópica). Esta no es la única antena utilizada para medir el grafico de radiación de las antenas, ya que también es utilizado el dipolo de media longitud de onda, el cual al poderse realizar su construcción, resulta mas utilizada, para medir antenas. Al consultar las características de radiación de una antena dada, siempre hay que tener presente si estas especificaciones fueron dadas, en base a una antena Isotrópica o a un

Dipolo de media longitud de onda, también escrito Dipolo de , esta utilización depende, por sobre todo de los gustos de cada uno o de habito que se tenga al usarlos. A continuación se puede observar en el dibujo, viéndose en él los diferentes tipos de directividad de las antenas, comparadas con la directividad de la antena Isotrópica:

Clasificación Clásica

Esta es una de las clasificaciones más conocidas y la más básica, aparecida en textos y libros, cada antena aquí presentada, contiene a su vez una subclasificación de antenas:

Antenas de hilo

Esta es una antena de lo más sencilla, y la más sencilla y de fácil construcción, no por ello es una antena que no sea recomendable. Una de sus características, es su capacidad de abarcar un espacio nada despreciable, pero lo bueno de ella, es que sus capacidades están garantizadas. Su posición general es de manera horizontal o en “V” invertida, estas ultimas, su construcción se realizara, teniendo siempre en cuenta que no se encuentren cerradas menos de 90º grados, de lo contrario su rendimiento será casi nulo. Otra de sus características al colocarlas horizontalmente, es que estas antenas se tornan bi-direccionales, en cambio las antenas en “V” invertida son omnidireccionales. Estas antenas generalmente están construidas con un hilo conductor y son usadas para los anchos de banda de MF, HF, VHF y UHF. Este tipo de antenas pueden estar formados por hilos rectos, tubos aluminio u otro material conductor, un ejemplo de ello son las antenas dipolo, rombos y antenas en “V”, también están las antenas en espirales, como por ejemplo, las antenas circulares, cuadradas o cualquier forma arbitraria, y por ultimo están las antenas en hélice.

Tipos de antenas de Hilo:

El monopolo vertical

El dipolo y su evolución, la antena Yagi

La espira

La antena helicoidal

Antena de hilo largo o de Beverage

Antenas de apertura

Este tipo de antena esta compuestas por superficies cóncavas que concentran la energía en una sola dirección, esta superficie concentra la onda electromagnética en una sola parte de la antena, de forma que concentran, tanto la emisión, como la recepción de su sistema radiante en una dirección, formando ángulos sólidos, lo que le hace ser una antena de gran directividad, el ejemplo mas conocido de este tipo de antenas es la antena parabólica, con ellas la ganancia (o recepción de señal con menor pérdida) estará en completa relación con la superficie de la parábola, es decir a mayor superficie, mayor ganancia y directividad. Esta antena es conocida por se bastante utilizada, tanto en enlaces satelitales, como terrestres. Los radares de efecto Doppler, esos con los que se calcula la velocidad a la que se mueve un coche, por ejemplo, también se sirven de un dispositivo parabólico. La antena más simple de este tipo de antenas, es la “guía de ondas rectangular”, otros ejemplos de este tipo de antenas son las bocinas,

Tipos de antenas de apertura

antena de bocina

antena parabólica

antena parabólica del Radar Doppler

superficies reflectoras en general

Antenas planas

Estas antenas, también llamadas plannar arrays, están formadas por la unión de varios elementos individuales, como tal su comportamiento se establecerá en base a cada configuración individual de cada uno de los elementos que lo forman. Específicamente están formados por un agrupamiento plano de radiadores microstrip y un circuito que distribuye la señal entre los radiadores. Este tipo de antenas generalmente son usadas en satélites de telecomunicaciones, desde donde cubren toda la superficie del planeta, bajo un estricto control satelital, siendo, estos, generalmente usadas en las bandas L y S. La principal ventaja de estas antenas es la capacidad para trabajar en polarización lineal o circular, en cualquiera de las bandas L, S, C o X. Al ser antenas planas, facilitan bastante su la reducción del tamaño y el pero global, en el sistema al que se integren.

Antenas de Array

Son antenas formadas por conjuntos de dos o más antenas idénticas, dispuestas linealmente (en una línea) o plana (en un plano), las que se distribuyen de manera ordenada, llegando a formar una sola antena, debido a que juntas llegan a formar un único diagrama de radiación, es decir, que en la representación grafica de la emisión o radiación de una antena, este se muestra como un único Lóbulo principal. Esta formación puede estar compuesta de un elemento pasivo o con un solo radiador y otros elementos pasivos que actúan como directores y/o reflectores o de tipo activo, donde cada elemento este irradiando. Algunas de las cosas posibles, al poderse ser configuradas este tipo de antenas es el posible diseño de matrices en los lóbulos principales y lóbulos nulo, en los lugares deseados. Una de las características más sobresalientes de este tipo de antenas, es su capacidad de modificación de su diagrama de radiación, obteniéndose un patrón de radiación configurable casi a voluntad mediante la variación de las amplitudes y fases de los componentes individuales de la antena, con lo que es posible configurarlo para ser utilizados en diferentes aplicaciones/necesidades. Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la señal que alimenta a cada uno de los elementos del array. En si este tipo de antenas, son utilizadas en la construcción de antenas Inteligentes, siendo estas (antenas inteligentes) una configuración adaptada con múltiples antenas que mejoran el rendimiento del sistema de comunicación inalámbrica. También son utilizadas para la recepción de TV en el hogar (antena Yagi), ya que es posible obtener alta directividad y orientarlo en una dirección óptima deseada. Un uso mas que se les da a estas antenas, se encuentra en las estaciones base de telefonía móvil. Otra cosa mas es que los arrays pueden estar compuestos por todos los tipos de antenas pero son muy comunes los arrays de microstrip.

Tipos de antenas Array

Clasificación según la distribución de las antenas que la componen:

Arrays lineales

Arrays Planos

Arrays conformados

Clasificación funcional

Este modo de clasificación, presenta a las antenas ordenadas de acuerdo a la

distribución del campo electromagnético en la antena misma y/o en los diferentes aspectos tecnológicos que la componen.

Antenas con reflector

En este tipo de antenas basadas en la reflexión de las ondas, las cuales rebotan en la superficie de la antena, estas ondas van a parar al foco de la antena y van a parar al foco de la parábola de la antena, este es en el caso de una antena receptora, pero para una antena emisora, las ondas emanan del foco y se reflejan en la parábola o disco, para luego ser emitidos, abandonando así el reflector de la antena, esto lo hacen en forma paralela al eje de la antena. Este tipo de antenas es usado en sistemas de comunicaciones de las bandas de UHF a partir de unos 800 MHz y en las de SHF y EHF.

Tipos de antenas con reflector

antenas de foco primario

antenas Offset

antenas Cassegrain Alimentadores para antenas con reflector (bocinas)

La utilización más común de este tipo de elementos es de elementos de radiación para reflectores de antenas. Generalmente este elemento se ubica en el foco de una antena parabólica o en el lugar más próximo a él y es utilizado para iluminar la superficie de este tipo de antenas. La radiación electromagnética que recibe la superficie reflectora de una de estas antenas produce corrientes eléctricas en dicha superficie, de estas corrientes son producidas campos electromagnéticos, estos campos son los que finalmente se convertirán en el diagrama de radiación de campo lejano de toda la antena. Estos elementos (Bocinas), se pueden utilizar por separado, pasando a convertirse en una antena de Bocina, las que pueden ser utilizadas en satélites. Cuando se produce una transmisión, dicha bocina emitirá energía desde el foco hacia la superficie del reflector, por otra parte si la antena actua como receptor, el reflector actuara como un acumulador de energía de la señal, la cual se va concentrando en la bocina alimentadora. Tipos de bocinas

H e aquí una clasificación de las bocinas, tomando en cuenta la forma de la apertura de la boca de esta:

Bocina Piramidal

Bocina cónica

Antenas planas

Estas antenas, ya fueron descritas con anterioridad, por lo que solo pondré, sus distintos tipos, desde el punto de vista de su funcionalidad.

Tipos Básicos de Antenas Planas

Antenas de bucle magnético

Antenas Microstrip

Antenas de apertura sintética (SAR)

Antenas de dipolos

Es una antena bastante básica, pero a su vez efectiva, su forma de construcción, por lo tanto es bastante fácil, y solo se necesita de solo dos trazos de hilo de cobre y un cable coaxial, y sus medidas, por supuesto. Todos estos tipos de antenas, presentan un tipo de modelo de radiación generalizado. Esta antena consiste en un hilo conductor (este como dije puede ser un hilo de cobre, un

tubo delgado de aluminio, etc), que medirá media longitud de onda (según a la frecuencia a la cual se quiere llegar), e ira cortado a la mitad, en el centro de las dos partes (una vez cortado en dos), puede ir colocado un generador o una línea de transmisión (cable), por supuesto que estamos hablando de los dos tubos o hilos conductores, antes de cortarlos eran uno solo, a estos se les pondrá una línea de transmisión. Generalmente estos dipolos están construidos con cobre, pudiéndose realizar combinaciones con ellos, derivando de ella varios tipos de antenas, como las Yagi, dipolo corto, doblado, etc., las que están compuestas por varios dipolos, de distintas magnitudes y tamaños, dependiendo de la frecuencia a la cual estará dirigida. Como, ya se ha dicho con anterioridad esta antena es la mas elemental de todas y por sobre todo la mas popular a través de los tiempos. Su facilidad de fabricación, unida a una buena prestación, hace de ella una antena básica, pero eficiente, sobre todo por su uso indiscutible en el ámbito radial de HF.

Tipos básicos de antenas de dipolo

Dipolo corto

Dipolo de media onda

Dipolo doblado

Antena Yagi

Log periódica

Array

Sitios recomendados y referencias

Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Antena

Sitios en Taringa http://www.taringa.net/posts/offtopic/2905103/Como-mirar-muchos-canales-gratis_-por-TV-_-FTA-_.html

Slideshare http://www.slideshare.net/walter13333/fundamentos-de-antenas-1806452

Antenaparatodos http://antenasparatodos.blogspot.com/

Antenaparatodos http://www.antenna-theory.com/spanish/basics/main.php

Sitio para medir o calcular la longitud de un dipolo o una antena en “V” invertida Aquí les dejo un buen sitio, para realizar cálculos de este tipo de antenas, por si alguien quiere hacer alguna:

http://www.todoantenas.cl/calculo-dipolos.html

Espero les agrade, tanto como a mi me esta agradando este tipo de temas, por ahora este es el post de la clasificación clásica de antenas, luego pondré otros tipos de clasificaciones de antenas, con sus respectivas imágenes, lo mas completo que mi paciencia pueda dar, ya que cuesta conseguir información clara del asunto y mas extensa, sin llegar a complicadas ecuaciones y todo eso, como siempre busque por todos lados, y por supuesto que les mostrare todos los sitios recomendados por mi en relación a las antenas, y por supuesto las fuentes del mismo post….

Nota: Cada antena nombrada aquí ira en un nuevo post, que haré posteriormente, ya que cada una de las presentes aquí, tiene una extensa información, la cual no alcanzaría en este post, por otra parte este y otros post, irán relacionados con los tipos de antenas a tratar, ya que existen aun mas modos de clasificación, aquí solo van los que creí son los mejores modos de clasificar las antenas, clasificación sacada de Wikipedia, por cierto puede ser el mismo modo de clasificación, pero no es la información exactamente igual de la sacada en Wikipedia, ya que es info sacada de varias fuentes no solamente de Wikipedia.