Overview Antennas

7/21/2019 Overview Antennas

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UNI FIEE ANTENAS 2007

1

CapCaptulo 1tulo 1

IntroducciIntroduccin a las Antenasn a las Antenas

((OverviewOverview))

Ing. Marcial Lpez [email protected]

2007Antenas 2

Slo hay una definicin de decibel, la cual es diez veces el

logaritmo de la relacin de potencias.

Si conoce la relacin de voltajes: (sobre una mismasobre una misma ZZ)

dB = 10 log ( Vout2/Vin

2) = 20 log (Vout/Vin).

dB = 10 log (Iout2

/Iin2

) = 20 log (Iout/Iin).Los decibelios de voltaje son los mismos que los de

potencia.

dB = 10 log (2) = 3

Resultando en:

Doblar la potencia es igual a adicionar+3dB.

Bajar la potencia a la mitad adiciona 3dB.

Antenas 3

Conclusin: Una adicin de 3dB

corresponde a multiplicarla potencia por

dos.

15dB = 3dB + 3dB +3dB + 3dB + 3dB

2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 25 = 32 de

incremento en potencia.

30dB = 3dB x 10.

210 = 1024 de incremento en potencia.

Antenas 4

Potencia de Tx

Tx es la forma corta de Transmisor

Todos los radios tienen cierto nivel de potencia de Tx

que se generan en las interfases de RF interfase. Esta

potencia es calculada como la cantidad de energa dada

a travs de un ancho de banda definido y es usualmente

medido en una de estas dos unidades:

1. dBm nivel de potencia relativo referido a un 1 mW.

2. dBw Nivel de potencia referenciado a un vatio

W = 0.001 x 10[ Potencia en dBm / 10 dBm]

dBm = 10 x log[ Potencia en Watts / 0.001W]

Antenas 5

dBm

Para diferencias de Potencia, el dBm es

usado para denotar niveles de potencia con

respecto a 1mW como el nivel de potenciade referencia.

Si la potencia de Tx de un sistema es 100W.

Pregunta: Cul es la potencia del Tx en dBm?

Respuesta:

Potencia Tx(dBm) = 10 log(100W/1mW) =

10log(100W/0.001W) = 10log(100,0000) = 50dBm

Antenas 6

dBw

Para diferencias de potencia, el dBw es

usado para denotar niveles de potencia

referidos a 1W como el nivel de potencia dereferencia. Para un sistema con una potencia de Tx de 100W.

Pregunta: Cul es la potencia de Tx en dBw?

Respuesta:

Potencia Tx(dBw) = 10 log(100W/1W) =

= 10 log(100) =

= 20 dBw.


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Antenas 7

Prdidas de energa

En un sistema de comunicaciones inalmbrico hay muchos

factores que contribuyen a la prdida de la intensidad de la

seal. Cableado, conectores, supresores de descargas,

que pueden todos ellos afectar el rendimiento del sistema sino son instalados adecuadamente.

En un sistema de baja potencia cada dB que usted puede

ahorrar es importante!! Recuerde la Regla de los 3 dB.

Para cada 3 dB ganancia/prdida deber o doblar su

potencia (ganancia) o perder la mitad de su potencia

(prdida).

Antenas 8

Regla de los 3 dB

-3 dB = 1/2 potencia

-6 dB = 1/4 potencia+3 dB = Dobla la potencia

+6 dB = Cuadruplica la potencia

Fuentes de prdidas en un sistema inalmbrico:

espacio libre, cables, conectores, empalmes,

obstrucciones

Antenas 9

Frmula de transmisin de Friis

PR = [ PT GT GR2 ] / [ (4)2 R2 ]

La potencia recibida es proporcional a:

La potencia transmitida

La ganancia de las antenas

La apertura efectiva (isotrpica)

La potencia recibida es inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia

Antenas 10

PRX = PTX LcTX + GT Ls + GR Lc RX

TX RX

PTX PRX

LcTX LcRX

GTX GRX

Ls

Antenas 11

Antenas: Un vistazo general

Qu es una antena?

Es la parte de un sistema de transmisin o

recepcin diseado para radiar o recibirondas electromagnticas

Teorema de la Reciprocidad:

Las antenas se comportan de la misma

manera, sea que estn transmitiendo o

recibiendo

Antenas 12

Frecuencias y Longitudes de Onda

1

cm

10

cm

1

m

10

m

100

m

1

km

10

km

100

km

30

GHz

3

GHz

300

MHz

30

MHz

3

MHz

300

kHz

30

kHz

3

kHz

EHFSHFUHFVHFHFMFLFVLF

Los tipos y tamaos de antenas son muy

dependientes de la frecuencia de operacin

(longitud de onda) y del ancho de banda.


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Antenas 13

La Antena ms simple:

Matemticamente el radiador Isotrpico

es la antena ms simple. (Concepto Terico)

Radia toda la potencia que se le suministra,igualmente en todas direcciones.

Slo en teora, no se puede construirla

Se usa como una referencia para otras

antenas que a menudo son comparadas

con ella. (Antenas Parablicas por ejemplo)

Antenas 14

Fuente Isotrpica (Antena)

Una fuente isotrpica radia su potencia

uniformemente en todas direcciones.

Antenas 15

Patrones de Radiacin

Potencia radiada (o Refuerzo de la sePotencia radiada (o Refuerzo de la sealal

recibida) es una funcirecibida) es una funcin den de ngulosngulos

(coordenadas esf(coordenadas esfricasricas en 3en 3--D)D)

x y

z

Antenas 16

Dipolo de media onda

Es la antena prctica ms simple

Puede ser

Dipolo simple

Dipolo doblado

Antenas 17

Desarrollo del Dipolo de Media Onda

Lnea encircuito

abierto

Lnea consu extremo

extendido

Lnea condipolo de

media onda

CampoElctrico

/4/4

/4 /4

Campo

Elctrico Campo Elctrico

Antenas 18

Antena Dipolo

de /2

El patrn deradiacin horizontales omnidireccional,visualcelo como unadona o rosquillacircundando unalambre

/ 2

i


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Antenas 25

Potencia Efectiva Radiada (ERP)

ERP = PT GT

Desde que la ganancia incluye eficiencia

de transmisin, podemos usarla paradeterminar la potencia de radiacin total

en una determinada direccin

Realmente, es difcil determinar con

exactitud GT, pero el producto PT GT es

fcil de medir utilizando un medidor de

intensidad de campo.Antenas 26

La Antena desarrollan ganancia por medio del

enfocamiento y formacin del patrn de

radiacin.

Las Antenas no pueden crear potencia,Las Antenas no pueden crear potencia,

sslo puedenlo pueden direccionarladireccionarla..

Antenas 27

Especificaciones de Ganancia

de Antena

dBi significa decibeles con respecto a un

radiador isotrpico (usada por los

Ingenieros de microondas)

dBd significa decibeles con respecto a un

dipolo ideal de media onda en su direccin

de mxima radiacin (usada por los

Ingenieros de celulares)

Antenas 28

dBi vs. dBd

dBi Referido al radiador isotrpico

Radiador Isotrpico antena infinitamente

pequea sin cable alimentador que radia en el

espacio libre en todas direcciones igualmente

(patrn esfrico)

dBd Referido al dipolo de media onda /2

Ganancia referenciada a una antena dipolo real

con un patrn tipo rosquilla (donut)

Antenas 29

EIRP y ERP EIRP = effective isotropic radiated power

Igual a la cantidad de potencia que tendra que

ser aplicada a un radiador isotrpico para tener

la misma densidad de potencia en undeterminado punto.

ERP = effective radiated power

Igual a la cantidad de potencia que tendra que

ser aplicada a un dipolo de media onda,

orientado en direccin de mxima ganancia,

para tener la misma densidad de potencia en un

determinado punto.Antenas 30

Polarizacin del Dipolo

La polarizacin es la misma que la de

como esta montado el dipolo:

Dipolo Vertical est polarizado

verticalmente

Dipolo Horizontal est polarizado

horizontalmente polarizado.


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Antenas 31

PolarizaciPolarizacin del Dipolon del Dipolo

Dipolo VerticalDipolo Vertical Dipolo HorizontalDipolo Horizontal

PolarizaciPolarizacinn VerticalVertical

PolarizaciPolarizacinn HorizontalHorizontal

Antenas 32

Arreglo o agrupamiento

de antenas

Antenas simple pueden ser

combinada para obtener

determinados efectos direccionales

Antenas individuales son llamadas

elementos y la combinacin es un

arreglo (array).

Antenas 33

Arreglos de antenas (arrays)

Es una forma de conformar el patrn de

radiacin

Bsicamente es el resultado de la interaccin

de patrones radiados por varias antenas

Antenas de varios elementos tales como las

yagis, log peridicas, etc. son esencialmente

arreglos de antenas simples (dipolos)

Arreglo de 4-elementos

Antenas 34

Para la ganancia de una antena se

usan mltiples elementos

especialmente posicionados para

enfocar la potencia en una

determinada direccin.

ArregloArreglo

HorizontalHorizontal

((YagiYagi))

ArregloArreglo

VerticalVertical

(Co(Co--lineal)lineal)

Antenas 35

Se pueden espaciar las antenas

cuidadosamente para tener el deseado

patrn resultante

Pueden usarse retardos de fases elctricos

para explorar o dirigir el haz, norequirindose posicionamiento mecnico

Antenas 36

Arreglos de Dipolos

Verticales

AlimentaciAlimentacin comn comn:n: Cada elementoCada elemento

es alimentado con igual potencia y fase.es alimentado con igual potencia y fase.

33 dBddBd

33 dBddBd

66 dBddBdTotalTotal


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Antenas 37

Interferencias constructivas y

destructivas

++

==

enen fasefasefuera de fase

Antenas 38

Tipos de Arreglos

Broadside: mxima radiacin en ngulorecto del eje principal de la antena

End-fire: mxima radiacin a lo largo deleje principal de la antena

En Fase: todos los elementos conectadosa la fuente

Parasticas: algunos elementos no estnconectados a la fuente Ellos re-radian la potencia de otros elementos

Antenas 39

Arreglo de Dipolos Log-Peridica

Varios elementos activos (dipolos) de

diferentes longitudes

Arreglo en fase

Unidireccional end-fire

Tiene gran ancho de banda pero poca

ganancia

A menudo usado para antenas de TV

Antenas 40

Arreglo Log-Peridica

Alimentacin

Balanceada

L5 L4 L3 L2 L1

D5

D4

D3

D2

D1

Antenas 41

Antena Log peridica y su patrn

Antenas 42


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Antenas 43

Arreglo Colinear

Todos los elemento estn a travs del

mismo eje

Usada para proveer un patrnomnidireccional horizontal con una antena

vertical

Concentra la radiacin en el plano

horizontal

Antenas 44

Mxima

Radiacin

Arreglo Colinear

Mxima

Radiacin

Stub de /4 conextremo en corto

circuito

Stub de /4 conextremo en corto

circuito

Lnea

balan-

ceada

Antenas 45 Antenas 46

Similar al arreglo broadside excepto que

los dipolos son alimentados 180 fuera de

fase

Arreglo End-Fire

Antenas 47

Mxima

Radiacin

/2

/4

/4

Lnea

balan-

ceada

Arreglo End-Fire

Antenas 48

Arreglo Yagi-Uda

Comnmente llamada: Antena Yagi Yagi

Parastica, end-fire, unidireccional

Un elemento activo: dipolo o dipolo doblado

Un reflector detrs del elemento activo y

ligeramente ms largo

Uno o ms directores en frente del elemento

activo y ligeramente ms cortos


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Antenas 49

Reflector

Elemento

Activo

Directores

Direccin de

mxima

propagacin

Yagi

Antenas 50

Antenas 51

Yagi para Bandas de aficionados

de 14, 21, 28 MHzAntenas 52

Apilamiento de Yagis

Apilamiento en-fase Yagis con media

longitud de onda de espaciamiento vertical

Reduce radiacin sobre y debajo del

horizonte

Incrementa la ganancia en el plano de la a

antena


Reflector de Esquina

Corner Reflector

Radiacin ms enfocada que en el

caso del reflector plano.

A menudo usado en antenas de TV

UHF


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Antenas 55

AntenaMxima

radiacin

Reflector (Vista

de costado)

Reflector de esquina y sus imgenes

Imagen

Imagen

Antenas 56

Antena UHF-TV : Yagi con reflector de esquina


Reflector Parablico

Toda la radiacin emitida hacia el foco

emerge en un haz paralelo al eje

Se obtiene un haz muy estrecho

Adecuado principalmente en frecuencias

de microondas porque es muy grande

comparada con su longitud de onda

Antenas 59

Antena parablica slida

para microondas

Antenas 60


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Antena

Parablica

para

Recepcin

Satelital de

TV

(TVRO:

Televisin

Reception

Only)

Antenas 63

Antena

Parablica

para

Recepcin

Satelital de

TV en la

casa

(DTH:

Direct To

Home)Antenas 64

Antenas 65

Otros tipos de antenas Apertura/Corneta (horn)

Las ondas son radiadas desde un hueco en la

gua de onda

Es bueno para altas frecuencias (microondas)

Conexin (Patch)

Pueden fabricarse tipo circuito impreso

Helicoidales

Radian con polarizacin circular

Broadband (de gran ancho de banda)

Diseos novedosos que lucen rarosAntenas 66


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Antenas 69

Mediciones de antenas

Analizador de Redes (Network Analyzer)

Impedancia de Entrada

Parmetros S

Medidas de Transmisin

Antenna Range

Patrn de Radiacin

Ganancia

Polarizacin ...

Antenas 70

Antenas 71

Herramientas de Simulacin

Software especficos

Mediciones de campo

Usando instrumental adecuado como medidor

de intensidad de campo, analizador de

espectro, etc.

Antenas 72


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Antenas 73

Cmara Anecoica

Antenas 74



Muchas gracias por su atencin

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