ESPE-ANTENAS

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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO ANTENAS

TENDENCIAS DE ANTENAS PARA

COMUNICACIONES INALMBRICAS

CHRISTIAN CARVAJAL christy92cc@live.com

RESUMEN: Como todo en la actualidad est evolucionando y ya no es justo decir que algo es todo por ahora sino ms bien ya se ve al futuro y se desarrollan productos con grandes capacidades y mejoras, en este caso analizaremos las antenas para comunicaciones, gracias a nuevas tecnologas ya se pueden con grandes capacidades de transmisin y

alcance en lo que se lo inalmbrico disminuyendo sus prdidas y aumentando sus ganancias para una transmisin confiable y segura.

ABSTRACT: Like everything today is evolving and it is not fair to say that something is all for now but rather because it looks to the future and develop products with strong capabilities and improvements, in this case to analyze the

communications antennas, thanks to new technologies and can be transmitted with great capabilities and scope as it wireless decreasing their losses and increasing profits for a reliable and secure transmission.

PALABRAS CLAVE: antenas para el futuro, futuro para las comunicaciones, antenas inalmbricas futuras tendencia de

antenas, avances tecnolgicos con antenas.

1 INTRODUCCIN

En siguiente texto analizaremos y comentaremos a los avances de las comunicaciones inalmbricas con antenas en dispositivos mviles para una comunicacin con alto rendimiento en altas y bajas frecuencias. Las actuales y futuras tendencias, en antenas para comunicaciones inalmbricas e innovaciones, elevarn la demanda de antenas que tienen pequeo tamao, ancho de banda extendido, alta ganancia y adaptabilidad.

2 DESARROLLO

2.1 DEFINICIN

La antena, es tomada como referencia para rendimiento, y funcionamiento exitoso de cualquier sistema inalmbrico. Las tres mayores reas de mayor investigacin de las antenas y su desarrollo han surgido para satisfacer las necesidades de sistemas de comunicaciones modernos: reduccin del tamao, wideband (banda extendida) o funcionamiento multibanda, y el control de adopcin del modelo. La tercera tendencia es el incremento del uso de arreglos de antena, y el desarrollo tcnico para el uso de estas que permiten obtener un mayor rendimiento.

Estos nuevos y compactos diseos de antenas; multibanda, ancho de banda extendido y arreglos de antenas servir en variadas aplicaciones, pero aun se requiere diseos con ms eficiencia puesto que la tecnologa celular y los servicios de voz PCS, tiene aplicaciones de voz datos videos en una red inalmbrica local.

2.2 SERVICIO INALAMBRICO

Un servicio inalmbrico local usa la banda de frecuencia

2.4 Ghz o 5.7Ghz banda NII. El servicio inalmbrico incluye tanto entretenimiento como comunicaciones de voz. Por ejemplo: alta fidelidad de sonido digital por medio de difusin por satlite disponible para usuarios tanto fijos como mviles, continentales, servicio satelital llamado Digital Audio Radio Service (SDARS) En

corto alcance la transmisin de datos inalmbricos usan baratos dispositivos que trabajan con estndares bluetooth.

2.3 REDES DE AREA LOCOA

INALAMBRICAS

La redes de rea local inalmbricas WLAN existen ya desde hace varios aos, pero ahora grandes redes de datos inalmbricos no se ha desarrollado todava, un ejemplo es la red construida en Utha, una red de paquetamiento de datos, que usa tarjetas de computadora, modems y antenas compactas. Los estndares de la tercera generacin, de tecnologa celular proveen de suficiente ancho de banda para

mailto:christy92cc@live.com

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soportar videos, datos y un buen servicio de voz. Estas y otras aplicaciones inalmbricas que han emergido requerirn alto rendimiento y bajo perfil de operacin de antenas, en conjunto, as como movilidad, portabilidad.

2.4 REQUERIMIENTOS DE ANTENAS Y

DISEO DE HERRAMIENTAS

Varios parmetros son importantes en el rendimiento de una antena pero la ganancia, modelo polarizacin, ancho de banda tamao y costo son los ms importantes. Los diseos y el desarrollo del proceso empiezan con una completa lista de requerimientos especficos, de parmetros y valores de una aplicacin, seguida de investigacin ingenieril al seleccionar un diseo. Una antena beamwith que posee un ngulo grande del lbulo de radiacin principal, del modelo en un plano (tpicamente a 3 DB debajo del el mximo) y es inversamente proporcional a la ganancia. La potencia de la antena es el producto de la radiacin efectiva y la directividad, que incrementa la potencia pico en el modelo, al compararla con un modelo que radia uniformemente su potencia. En enlaces punto a punto los terminales tienen antenas direccionales con alta ganancia. En enlaces punto multipunto, como para comunicaciones mviles usualmente usan baja ganancia de antenas. Por ejemplo, las antenas en comunicaciones celulares pueden proveer un una azimut de 120 de cobertura, en un sector. (los 3 DB de ancho de banda, puede ser algo estrecho, 120 en la prctica causa un roll-off gradual). Considerando que una antena punto multipunto tendr baja ganancia con respecto a una punto a punto usar un enlace de microondas.

Figura 1. Antena beamwith

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro Un nuevo diseo de antenas empieza como una variacin de un diseo existente, una combinacin de caractersticas de dos o ms tipos de antenas o una idea completamente nueva y un entendimiento del electromagnetismo. El diseo bsico puede ser definido para optimizar el rendimiento, utilizando tambin elementos de software de modelacin y medidas que son usadas para estos

fines. Algunos paquetes de software que existentes pueden ser usados para optimizar el rendimiento electromagntico, modelacin de antenas usando varios mtodos. Estos incluyen mtodos como NEC

1 ,

MININEC2 Y WIRE

3 (FEM

4) software, incluido HFSS

5 Y

FDTD como fidelidad, adicionalmente programas que han sido desarrollados para modelar rendimientos de antenas.

2.5 ANTENAS EMBEBIDAS DE BAJA

GANANCIA

Con nuevos radios portables se vuelven cada vez ms pequeos, lo transceivers los incluidos en los dispositivos, ms antenas compactas, se requiere de reducir el tamao de la antena tanto para aplicaciones de microonda como de bases celulares y comunicacin inalmbrica de datos entre hubs.

Muchos tipos de antenas de bajo perfil, de muy alta eficiencia son aprovechadas en terminales compactos estas incluyen , L invertida (ILA), F invertida(IFA), doble F invertida(DIFA) y planar invertida (FIFA) todos estos tipos de antenas, estas antenas tienen anchos de banda, desde el ancho de banda bajo ILA hasta 10% para PIFA. Han sido investigados todas formas para ampliar el ancho de banda de las antenas en la familia PIFA sin sacrificar el rendimiento. Una similitud de tamao con una antena que trabaja cerca de la lmite de ancho de banda, las antenas: planar invertida F(WC-PIFA) que son mostradas en este artculo que opera en los 2.4 Ghz . Figura 2. Antena planar Invertida

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro

1 CODIGOS ELECTROMAGNETICOS NUMERICOS

2 MiniNEC es un producto de EM Scientific

3 WIRE

4 Mtodos de elementos finitos

5 HFSS es un producto de AESOFT Corp.

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Esta antena provee un modelo omnidireccional y un SWR de 2:1 de ancho de banda de aproximadamente 40% del centro de la frecuencia, o un ancho de banda aproximadamente. Figura 3 : Modelo omnidireccional SWR vs F

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro En base a un modelo computarizado WC-PIFA tiene un modelo parecido a una antena omnidireccional con un mximo de 2 a 3 dBi por ancho de banda. WC-PIFA puede ser fcilmente incluido en dispositivos porttiles, Ejemplo un PCM-CIA MODEM inalmbrico. Un ejemplo de un bajo perfil, alto rendimiento de antena espiral (SLH). Usada en aplicaciones utilizando stubs de acoplamiento. Figura 4 : Antena espiral

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro Algunas pequeas antenas son diseadas referidas al plano de tierra, para reflectar seales y alcanzar un modelo direccional. Tpicamente el plano de tierra est hecho de un conductor elctrico y est localizado a de longitud de onda hasta la antena, as que direcciona y reflecta ondas fase.

2.6 ANTENAS BANDA EXTENDIADA Y

MULTI BANDAS

Usuarios mviles acceden a varios servicios en una banda de frecuencias. Ejemplos servicios de comunicacin mvil, posicionamiento, localizacin, servicios celulares a 800Mhz PCS y GSM a 1990Mhz GPS a 1500Mhz y bandas sin licencias de 2400Mhz, radiodifusin AM/FM convencional que se hallan tradicionalmente en vehculos. Las antenas multibanda generalmente proveen una impedancia apropiada y rendimiento sobre uno o dos banda angostas de frecuencias, como los servicios se incrementan las antenas wideband puede ser la solucin ms econmica, las antenas wideband proveen soporte para aplicaciones actuales y en un futuro que no son limitadas a una especfica banda estrecha. Adicionalmente se puede configurar un tipo de antena de emergencia que se puede trabajar en anchos de banda instantneos amplios. Muchas antena wideband pertenecen a una clase conocidas como antenas de frecuencia independiente estas tienen usualmente una similar estructura en la parte activa, a antena logartmica que capta idntica frecuencia, tpicamente estos tipos de antenas son log-peridicas, dipolos, arreglos espirales y antenas sinuous. Las antenas espirales y sinuous se muestran en la figura Figura 4 :Radiacin Antena espiral

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro

Figura 5 :Radiacin Antena Sinous

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro

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Recientemente, antenas ms compactas estn apareciendo, como es el caso de Forsquare y Fourpoints. Figura 6: Arreglo de antenas Forsquare.

Fuente: Imgenes google.

Figura 7: Detalles de Fourpoints

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro La antena Foursquare tienen un ancho de banda SWR de 2:1 SWR, de ancho de banda 1.8:1 y Fourpoints tienen un moderado ancho de banda de 3:1

2.7 ARREGLOS Y ANTENAS INTELIGENTES El futuro de los sistemas inalmbricos incluir ciertamente el despliegue de arreglos.

Entre estos arreglos estn situadas las antenas "inteligentes" las cuales integran un radio de inteligencia con la antena. Las naves militares y avin han limitado espacio para llevar a bordo las antenas. Ellos requieren arreglos que soporten comunicaciones, radar, seales inteligentes y navegacin para una gama amplia de frecuencias. Se necesitan soluciones similares para vehculos comunes que llevan radios para las comunicacin, navegacin y entretenimiento. En este diseo para banda ancha, los arreglos multicanales estn cambiando. Elementos de banda ancha que se mencionaron en la ltima seccin se necesitan para la base de los arreglos. Las aplicaciones inalmbricas futuras pueden ser de arreglos de antenas integradas en los paneles de los vehculos que proporcionando un ancho de banda que cubra las necesidades de los servicios mviles desplegados. Puesto que es difcil obtener cobertura omnidireccional sobre un vehculo, pueden ponerse elementos mltiples alrededor de la estructura del vehculo para proporcionar la cobertura deseada. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 7 modelos a escala de un automvil usando antenas dentro de los retrovisores para proporcionar cobertura del hemisferio delantero. Figura 7: Antenas montadas encima de la ventana de un vehiculo.

Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro. En las estaciones base, el amplio espaciamiento (10 a 20 longitudes de onda) entre los elementos normalmente se exige para lograr una correlacin baja del desvanecimiento de la seal envuelta en diferentes antenas lo cual es una condicin necesaria para mejoras significativas de diversidad. La reciente investigacin ha demostrado que esa ganancia de diversidad puede ser realizada usando mltiples antenas montadas en la proximidad en el radio del handheld. Esto es posible debido al ancho del ngulo ensanchado de los componentes de la mltiple trayectoria para un Terminal handheld que opera en un ambiente desordenado. Usando una combinacin de diversidad espacial y de polarizacin, se han observado mejoras significantes en el desvanecimiento de la seal. Figura 8: Vistas laterales de un arreglo handheld

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Fuente: Articulo tendencias de antenas para comunicaciones

inalmbricas. Realizado por: Gualoto Goberto Aleman Pedro. Figura 8 muestra la parte superior y las vistas laterales de un arreglo handheld que es parte de otro testbed. Este testbed con arreglo de antenas handhelp fue usado para medir diversidad de ganancia de 7 a 9 dB al 1 % de probabilidad acumulativa para la diversidad espacial, el modelo y diversidad de polarizacin, usando dos ramas de diversidad.

3. CONCLUSIONES Nuevas antenas de alto rendimiento se estn

desarrollando para satisfacer demandas de competencia de aplicaciones inalmbricas que surgen para tamaos pequeos, para aplicaciones embebidas y de bajo perfil y gran ancho de banda y capacidad multibanda para soportar mltiples servicios.

Los arreglos de antenas pueden ser usados para dirigir radiaciones o anular lbulos de radiacin, es decir para soportar comunicaciones.

Arreglos combinados con procesamientos para implantar combinacin de diversidad, beamforming adaptable o procesamiento espacio tiempo para superar los efectos de propagacin e interferencia por mltiples trayectorias.

Pueden utilizarse antenas mltiples para

incrementar la capacidad del canal con codificacin espacio tiempo.

Antenas reconfigurables alimentan redes y arreglos

enteros que servirn en aplicaciones en que una sola antena convencional o un arreglo no es conveniente.

Estas estructuras pueden ser adaptadas dinmicamente usando diodos PIN o interruptores METAS, y proveer gran flexibilidad.

Despus de la primera radio de MARCONI y

POPOV el campo dinmico de investigacin de antenas y desarrollo para soportes de comunicaciones inalmbricas se mantiene activo y trabaja intensamente para encontrar antenas que se acerquen a los lmites del rendimiento actual.

4. RECOMENDACIONES

Esta emisin de radiacin puede producir cambios elctricos en la membrana de todas las clulas del cuerpo, alterando los flujos celulares de algunos iones, sobre todo el calcio, lo que podra tener efectos biolgicos importantes. Hay dudas sobre el posible efecto acumulativo del aumento de la temperatura corporal a largo plazo.

A cualquier distancia, los niveles en el suelo del campo de radiofrecuencia de las estaciones de base se hallan bien por debajo de los lmites marcados por las directrices internaciones para la exposicin del pblico en general.

5. BIBLIOGRAFA

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