Antenas y Líneas de transmisión

Presentan:

Mauricio López Cruz

Manuel de Jesús Hernandez Gutierrez

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ

LINEAS DE TRANSMISION

•Definicion de linea de transmision:

Es una estructura de material utilizada para dirigir la transmision de energia en forma de ondas electromagneticas, comprendiendo el todo o una parte de la distancia entre dos lugares que se comunican.

Las características de una línea de transmisión se determinan por sus propiedades eléctricas, como:

• la conductancia de los cables

es la propiedad de transportar, mover o desplazar uno o más electrones en su cuerpo; es decir, que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.

• la constante dieléctrica del aislante

hace referencia a una propiedad de tipo macroscópica, de un medio que es dieléctrico, es decir, que no posee conductividad eléctrica, por lo cual se tratan como aislantes de la electricidad, relacionándolo con la permitividad que tiene un medio a la electricidad.

y sus propiedades físicas,

• como el diámetro del cable

• los espacios del conductor

PERDIDAS EN LA LINEALas líneas de transmisión frecuentemente se consideran totalmente sin perdidas. Sin embargo, en realidad, hay varias formas en que la potencia se pierde en la línea de transmisión, son:

perdida del conductor.

Debido a que la corriente fluye, a través de una línea de transmisión, y la línea de transmisión tiene una resistencia finita, hay una perdida de potencia inherente e inevitable perdida por radiación por el calentamiento del dieléctrico.

La diferencia de potencial entre dos conductores provoca un calentamiento del dieléctrico, el calor se propaga por la línea de transmisión

perdida por acoplamiento.

Ocurre cada vez que se realiza una conexión sobre la línea de transmisión Descarga luminosa

Se produce cuando una diferencia de potencial entre ambos excede el voltaje de ruptura del dieléctrico

Tipos de línea de transmisión• Las líneas de transmisión se clasifica generalmente como

balanceadas o desbalanceadas.

• Con líneas balanceadas de dos cables, ambos conductores llevan una corriente; un conductor lleva la señal y el otro es el regreso

Este tipo de transmisión se llama transmisión de señal diferencial o balanceada.

Con una línea de transmisión desbalanceada, un cable se encuentra en el potencial de tierra, mientras que el otro cable se encuentra en el potencial de la señal.

Con la transmisión de una señal desbalanceada, el cable de la tierra también puede ser la referencia a otros cables que llevan señales.

• Líneas de transmisión de conductor paralelo

Una línea de transmisión de cable abierto es un conductor paralelo de dos cables. Consiste simplemente de dos cables paralelos, espaciados muy cerca y sólo separado por aire.

• Las distancias entre los dos conductores generalmente está entre 2 y 6 pulgadas.

• La única ventaja real de este tipo de línea de transmisión de cable abierto es su construcción sencilla. Ya que no hay cubiertas, las pérdidas por radiación son altas y susceptibles a recoger ruido.

• Cables gemelos

• Los cables gemelos esencialmente son igual que una línea de transmisión de cable abierto, excepto que los espaciadores que están entre los dos conductores se reemplazan con un dieléctrico sólido continuo (los mas comunes son el teflón y el polietileno)

• Par de cables protegido con armadura

Para reducir las pérdidas por radiación e interferencia, frecuentemente se encierran las líneas de transmisión de dos cables paralelos en una malla metálica conductiva. La malla se conecta a tierra y actúa como una protección. La malla también evita que las señales se difundan más allá de sus límites y evita que la interferencia electromagnética llegue a los conductores de señales.

Un cable de par trenzado se forma doblando ( trenzado ) dos conductores aisladores juntos. Los pares de trenzan frecuentemente en unidades, y las unidades, a se vez, están cableadas en el núcleo. Los pares vecinos se trazan con diferente inclinación ( largo de la trenza ) para poder reducir la interferencia entre los pares debido a la inducción mutua.

Cable de par trenzado

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN COAXIAL O CONCÉNTRICA

• Los conductores coaxiales se utilizan extensamente, para aplicaciones de alta frecuencia, para reducir las pérdidas y para aislar las trayectorias de transmisión. El cable coaxial básico consiste de un conductor central rodeado por un conductor exterior concéntrico (distancia uniforme del centro).

• Los cables coaxiales son relativamente inmunes a la radiación externa, ellos en sí irradian muy poca, y pueden operar a frecuencias más altas que sus contrapartes de cables paralelos.

BalunesUn dispositivo que se utiliza para conectar una línea de transmisión balanceada a una carga desbalanceada se llama balun (balanceado a desbalanceado).

una línea de transmisión desbalanceada, como un cable coaxial, se puede conectar a una carga balanceada, como una antena, utilizando Un transformador especial con un primario desbalanceado y un bobinado secundario con conexión central.

ANTENAS

Es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda

guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas

que se pueden transmitir por el espacio libre.

DEFINICION

Cuando la antena es utilizada para radiar ondas electromagnéticas al espacio, cumple el papel de antena emisora o transmisora

Cuando se emplea para interceptar o capturar ondas que se propagan en el espacio y convertirlas en energía útil, aprovechable por un receptor, cumple la función de antena receptora.

PAPELES QUE DESEMPEÑA UNA ANTENA

COMO FUNCIONA UNA ANTENA

Para que una antena genere un campo electromagnético, se necesita que existan cargas eléctricas en movimiento. En el caso de los conductores paralelos, estas cargas son electrones que se mueven merced al impulso eléctrico de un generador (transmisor).Según las leyes de Maxwell toda carga eléctrica en movimiento acelerado, genera un campo eléctrico y otro magnético (campo electromagnético), que una vez creado se aleja indefinidamente del conductor.

Que es una antena isotrópica?• Es una antena teórica que radia de una manera uniforme en

todas las direcciones del espacio.

Existen varias características importantes de una antena que deben de ser consideradas

Patrón de radiaciónGanancia (dB)DirectividadPolarizaciónAncho de bandaEficienciaImpedancia

PATRON DE RADIACION

Es la representación gráfica de la forma en que la energía electromagnética se distribuye en el espacio.

• se divide en “lóbulos”, regiones cerradas donde la radiación es continua. Los lóbulos están separados por puntos donde no hay radiación llamados “nulos” del patrón de radiación. El lóbulo con la mayor parte de la radiación es el lóbulo principal y puede haber más de uno con igual magnitud. Si hay más lóbulos se llaman secundarios y dependiendo la posición donde se presenten, se llaman laterales o posteriores.

DIRECTIVIDAD Y GANANCIA

La ganancia es una relación o cociente entre dos magnitudes físicas iguales (energías, potencias, tensiones, etc.), es decir un número adimensional que puede ser mayor, menor o igual a la unidad.

La ganancia de una antena se expresa tomando como referencia la energía radiada de una antena estándar.

• La directividad es la propiedad que tiene una antena de transmitir o recibir la energía irradiada en una dirección particular.

polarización

 La polarización de una antena se refiere solo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo general, polarizada horizontal o vertical), en forma elíptica o circular.

Ancho de banda• El ancho de banda de una antena se refiere al rango de frecuencias en

el cual puede operar de forma correcta.

• El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria".

FH es la frecuencia más alta en la banda FL es la frecuencia más bajaFC es la frecuencia central.

IMPEDANCIA DE ENTRADA

Es el cociente entre el voltaje aplicado a los terminales de entrada de la antena y la corriente resultante.

La impedancia de entrada es igual a la suma de la resistencia de radiación más la resistencia de pérdida.

Se define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la antena.

Resistencia de radiación

La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena.

ANCHO DEL HAZ

Hay algunos parámetros que ayudan a comparar los patrones de radiación y están definidos como sigue:

Ancho de haz entre los primeros nulos (FNBW): Es el tamaño angular del lóbulo principal

Ancho de haz de media potencia (HPBW): medida angular en la cual se radia el 50% de la potencia

INTENSIDAD DE CAMPO

La intensidad de campo esperada en el espacio libre a una distancia D de una antena transmisora

Esta dada por:

D t = Ganancia de la antena transmisora respecto a una antena isotrópica.

Donde:

d = distancia metros].

P t = Potencia radiada de la antena transmisora [Watts].

RELACION FRENTE ATRAS

Es la relación de ganancia entre el lóbulo principal y posterior.

Esta dada por:

Pm: Energía máxima en la dirección de propagación.

Pop: Energía irradiada hacia atrás.

Donde:

Tipos de antenas• OMNIDIRECCIONALES

o Monopolo vertical

o Dipolo

El monopolo vertical o antena vertical es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical.El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos. En ellas, el cuerpo metálico del vehículo sirve de plano de masa. es muy usado en las expediciones de radioaficionados, sobre todo desde islas o costas, las extensiones de agua salada son espejos ideales para las ondas HF

el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.Este tipo de antenas de dipolo simple se pueden usar para transmisiones de HF que son comunicaciones de larga distancia. También se usan antenas de dipolo simple para emisoras de FM

• DIRECCIONALES

o Yagi

o parabólica

La particularidad de este tipo de antenas es que tienen varios elementos. Esto aporta dos ventajas: son muy directivas, ya que los elementos adicionales, llamados precisamente directores, tienen la misión de dirigir la señal hacia un solo lugar; la otra ventaja es su ganancia que aumenta con los elementos directores. Son usadas en FM como antenas receptoras o para radioenlaces, aunque la mayor parte de Yagis que vemos en los tejados son antenas para recibir los canales de TV.

Son antenas usadas para recibir señales de satélites, enlaces por microondas y otras telecomunicaciones a grandes distancias. Su plato es lo más característico. En él se recogen las ondas que llegan y son reflejadas convergiendo todas al centro donde se encuentra el foco que recibe la suma de ellas. Dependiendo de dónde se coloque el foco, tendremos antenas parabólicas de foco central, lateral y las de doble receptor o Cassegrain.

o Panel

o Microstrip

son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical.Se ven mucho por su uso para telefonía celular. Estos paneles, igualmente, sirven para las conexiones de Internet inalámbrico

están basadas en la tecnología de circuito impreso para crear estructuras radiantes planas sobre un dieléctrico, un plano de substratos de tierra. El atractivo de dichas estructuras está en permitir antenas compactas con costo de manufacturación bajo y alta confiabilidad. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos. En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el desempeño del radio

dipolo

YagiDipolo

Panel Parabolica

AplicaciónANTENAS TIPO PANEL PARA CELULARES

• Este tipo de antenas se utilizan tanto para VHF como UHF, colocándose en configuraciones en array. Se caracterizan por tener ganancias superiores a los 10 dBd y su polarización puede ser horizontal o vertical. Admiten potencias elevadas de unos 2,5 kW. Su construcción se basa en un plano metálico sobre el que se disponen diversos dipolos que conforman finalmente el diagrama de radiación deseado. Todo ello se oculta en el interior de un radomo de protección, fabricado en fibra de vidrio, y que es lo que se observa desde el exterior.

• Su diagrama de radiación no es omnidireccional, aunque colocando varios de ellos en torno a un mástil se puede obtener un diagrama de radiación relativamente omnidireccional (por ejemplo, agrupando cuatro paneles de 90º de ancho de haz)

Antena Panel Celular de 800M para IDEN, GSM, CDMA

Modelo UNBZ60VPx-08 UNBZ65VPx-08 UNBZ90VPx-08 UNBZ120VPx-08

Frecuencia de trabajo 824~896 MHz

Ganancia 10/13.4/14.1/15/16.1/16.6/18.1 dBi

Ancho de haz horizontal 60° / 65° / 90° / 120°

Ancho de haz vertical 7° / 8°/ 14° / 15° / 30°

IM3 ≤-110dBm

Ratio de Frente a Atras ≥20dB / ≥23dB / ≥25dB /≥30dB

V.S.W.R. ≤1.5

Impedancia de entrada 50Ω

Polarización VerticalMax. potencia 500WConector N-hembra o DIN 7/16 hembraPosición del conector Centro

Protección contra rayos DC a tierra

Tamaño Requisitos de acuerdoPeso 6kg /11kg / 12 kg / 18kg / 19kg / 21kgResistencia al viento 60 m/s

Material de los elementos Latón / Aluminio

Material de panel de reflexión Aluminio Aleación

Material de la bóveda Fibra de vidrio

Diámetro de Apoyo a Polo Φ40~90 mm

Gracias por su atención!!

Referencias

• http://www.bandasaltas.com.ar/files/Introduccion%20Antenas.pdf

• http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/sanchez_i_d/capitulo3.pdf

• http://www.wni.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=62:antenassoporte&catid=31:general&Itemid=79

• http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml

• http://www.monografias.com/trabajos38/lineas-de-transmision/lineas-de-trasmision2.shtml