UNIDAD N 6

TIPOS

DE

ARREGLOS

ANTENAS

Arreglo de antenas verticales

El problema consiste en implementar una caja de sintona para acoplar una

antena monopolo plegado a la lnea de transmisin de 50 ohmios del transmisor

ELCOR de 5000 watt. Se trata de una torre de 52 metros de altura, que tiene tres

cables corriendo paralelos a cada una de las tres caras de la torre, separados 1

metro de estas. Los cables se unen a un anillo horizontal en la parte inferior,

aproximadamente a 1.5 metros del suelo y es por este anillo que se alimenta la

potencia. En la parte superior, los cables se unen a otro anillo, que se encuentra

conectado a la torre.

La torre se aterriza a un sistema de radiales, tentativamente 180 de ellos.

La longitud de cada radial es la misma que la altura de la torre, es decir 52 metros.

Es imposible intentar el acople de una antena si no se conoce su impedancia.

Hay dos formas de conocer la impedancia de este sistema radiante:

a) Midiendo la antena directamente con un puente de impedancias.

b) Modelando por computadora la antena.

La medicin de la antena es la forma ms precisa de saber la impedancia,

porque en este caso se puede disear con muchsima precisin la red de acople

requerida. El modelado consiste en mediante programas de cmputo, imitar el

comportamiento elctrico y magntico de la antena. Resulta til si se quiere tener

un punto de partida, y es justamente el caso de este artculo.

La antena una vez modelada, se muestra en la siguiente figura:

La simulacin indica que la impedancia de este monopolo plegado

operando a 1430 kHz es de 94.3 +j69.9 ohmios. Esto quiere decir que la antena a

esta frecuencia se comporta como una resistencia de 94.3 ohmios en serie con

una bobina cuya reactancia es de 69.9 ohmios. Es necesario advertir que un error

comn consiste en asumir que el monopolo plegado tiene la misma impedancia a

cualquier frecuencia. as que permtanme aclarar de una vez por todas que si la

altura de la torre no cambia, la impedancia vara con la frecuencia. As por

ejemplo, esta misma antena tiene una impedancia de .171 +j170 a 159 kHz.

Muy bien, una vez que conocemos la impedancia, y repito, la mejor forma de

conocerla, es midiendo directamente en la antena con un puente de impedancias,

procedemos al clculo de la caja de sintona.

El objetivo es convertir la impedancia de la antena (94.3+j69.9 Ohmios) a

50 + j0 ohmios o lo que es lo mismo, 50 ohmios.

La caja de sintona

Normalmente en los acopladores de radiodifusin AM se emplean circuitos

T, conformados de la siguiente manera:

Bobina serie-condensador paralelo-bobina serie.

En nuestro caso, el anlisis mediante la carta de Smith muestra que la

impedancia de la antena se ubica como lo muestra la figura de la izquierda, en

94.3+69.9 ohmios.

Si se instala un condensador en paralelo a la antena y se incrementa su

valor a 1621pF (0.001621 uF), se observa que se desplaza la impedancia hacia

abajo hasta interceptar el crculo de 50 ohmios.

Seguidamente, una bobina en serie de 7.71 uH, mueve la impedancia hasta el

punto de 50+j0 ohmios.

De manera que nuestra caja de sintona se compone de un condensador en

paralelo a la antena y una bobina en serie.

El condensador de 0.001621 uF y la bobina de 7.7 uH. El circuito final se

muestra en la siguiente figura:

Finalmente podemos decir que se observado en las antenas monopolo, que

cuando la longitud es menor que un cuarto de onda de la frecuencia de operacin,

la antena se comporta en forma capacitiva; as tambin cuando la longitud es

mayor que un cuarto de onda entonces se comporta inductiva.

Patrn de irradiacin de una antena monopolo

Arreglo de antenas horizontales

En trminos de ingeniera, una torre es un estructura auto soportada,

mientras que un mstil es soportado por vientos, riendas o tirantes.

Los trminos torres y mstil se utilizan a menudo para el mismo tipo de

estructura, lo que por supuesto puede causar confusin.

Para evitar esta confusin, y cuando sea necesario hablaremos de torres

auto soportadas y torres atirantadas o venteadas

Divisor de potencia para 4 antenas

Este divisor o distribuidor esta diseado para usar con antenas de 50 ohmios y se

utiliza en su totalidad cable coaxial de 50 ohmios como el tipo RG-8U o RG-

213U con dielctrico de polietileno slido (PE). El dielctrico es el aislante entre

los conductores, y el material generalmente usado es polietileno, si es slido se

suele llamar PE y si es tipo espuma se llama FOAM. La diferencia est en el

rendimiento; el tipo dielctrico de FOAM tiene menor atenuacin que el PE. Sin

embargo cuando se trata de humedad es mejor usar el coaxial de polietileno slido

(PE), adems este soporta mayor potencia. Otra caracterstica es la velocidad a la

que se propaga la seal por el cable. En el de FOAM es ms veloz

(aproximadamente 80% de la velocidad de la luz); en el de PE es ms lento (66%

de la velocidad de la luz), por esto las longitudes con cables coaxiales de FOAM

son mayores. O sea:

Foam=0.8xc (factor de velocidad = 0.8)

PE=0.66xc (factor de velocidad = 0.66)

C= Es la velocidad de la luz

En la figura A=B=C=D, E=F, y G= cualquier longitud

n=1,3,5,7,9.....(slo impares) N=1,2,3,4,5,.......Segn el tamao de las antenas y

las distancias entre ellas, utilice el valor adecuado de n y N para la longitud total

de los cables coaxiales.

CANAL DE TV frecuencia Pv(MHZ) A=B=C=D (cm) E=F (cm)

13 211.25 46.5*N 23.2*n

12 205.25 47.8*N 24.0*n

11 199.25 49.3*N 24.6*n

10 193.25 50.8*N 25.4*n

9 187.25 52.4*N 26.2*n

8 181.25 54.1*N 27.0*n

7 175.25 56.0*N 28.0*n

ATENCION: Una parte muy importante es que el dielctrico sea de polietileno

slido (PE), por lo que estos datos son para este tipo material. Si usa cable

coaxial con dielctrico de Foam o tefln, las medidas son completamente

diferentes.

POLIETILENO SOLIDO ESPUMA DE POLIETILENO

(FOAM)

La manera correcta de soldar los cables es no dejar grandes longitudes de

cable en las uniones para evitar que se produzcan inductancias parsitas

que cambiaran las caractersticas de adaptacin. Tambin no use ninguna

recina o grasa que no sea exclusivamente para electrnica. Y para evitar

corto-circuitos se debe aislar con cinta de tefln de plomera; use

generosamente para cubrir los conductores vivos del cable coaxial.

Para finalizar debemos sellar las uniones de los cables coaxiales con algn

pegamento epxico o con alguna masilla plstica para autos. Para que

quede prolijo, se puede usar algn molde y por ltimo una buena pintura

dejara impecable el trabajo.

BIEN MAL

Conclusin: Este divisor esta basado en el tipo llamado "wilkinson", y

presenta mejor adaptacin que cuando se usa cables coaxiales de 75

ohmios, (el realidad debera usarse cables coaxiales de 70.7 ohmios para

tengan una adaptacin correcta).Los clculos se han hecho sobre la

frecuencia central, debido a que en un canal de televisin normal la

informacin ocupa un ancho de banda de 6 MHz; entonces, el resultado es

muy aceptable para potencias medias hasta 400 vatios. Los resultados

mostraron una potencia reflejada menor a 100mW, para una potencia directa

de 100w.

Los resultados medidos, de impedancia dieron un resultado de Z=49+j2 para

una frecuencia de 177 MHz; la pequea diferencia podra deberse a las

uniones entre cables.

Los conectores finales son muy importantes, y deberan usarse los del tipo

"N" de 50 ohmios. En nuestro mercado existen otros conectores del tipo "PL-

259", que no garantizan su impedancia de 50 ohmios, adems por tener

serios problemas para operar en condiciones donde existe humedad.

Arreglo de una parablica

Clculo de ganancia en antenas parablicas para el clculo de ganancias en

antenas parablicas han de quedar claros los siguientes conceptos:

La ganancia de una antena parablica indica la cantidad de seal captada

que se concentra en el alimentador.

La ganancia depende del dimetro del plato, de la exactitud geomtrica del

reflector y de la frecuencia de operacin. Si el dimetro aumenta, la

ganancia tambin, porque se concentra mayor energa en el foco.

La exactitud geomtrica est relacionada con la precisin con la que se ha

fabricado el reflector de la antena parablica.

La antena debe ser parablica de modo que exista uno y slo un foco y que

en l se debe colocar el alimentador.

Cualquier desviacin de la curva parablica har que toda la energa que

llegue al reflector no se refleje en el foco, sino en un punto por delante o por

detrs de ste, con lo cual perderemos energa. Lo propio para las

irregularidades mecnicas en la superficie del reflector.

Un golpe o abolladura presente en el plato har que las seales reflejadas

no se desven correctamente hacia el foco disminuyendo la energa

electromagntica efectiva en el alimentador.

Cuanto mayor sea la frecuencia, menor deber ser el dimetro del reflector.

As, una seal para 5.8 GHz necesita un reflector de menor dimetro que

otra seal en 2.4GHz. La ganancia del reflector se expresa en dB y se la

define con respecto a una antena isotrpica (antena de longitud

omnidireccional que se considera de ganancia unitaria); es decir,

en relacin a una antena que reciba exactamente lo mismo en todas

direcciones.

Pongamos un ejemplo de clculo. Para una antena HyperLink Wireless brand 5.8

GHz con las siguientes caractersticas:

Tenemos que la ganancia de una antena parablica viene dada por:

G = ganancia de potencia (no en dB)

n = eficiencia global

D = dimetro del plato

L = longitud de onda de espacio libre

1. A 5,8 GHz la longitud de onda est dada por:

Longitud de onda = C/f = 300*10exp6 m/s/ 5,8*10exp9 Hz = 5,17 cm

Para el dato de la eficiencia, tendremos en cuenta que la representacin g) en

funcin del ngulode la eficiencia global de iluminacin del reflector 0, indica que

para que dicha eficiencia sea mxima es de apertura mximo produce para un

ngulo en el que el pedestal del campo en la apertura C est 10 dB por debajo del

mximo.

Tendremos:

2. Considerando que tenemos una eficiencia del 80 % por lo que:

G= 0.8 * 9,86 * 0,36 / 0,00267 = 1062,4 (ganancia en potencia)

G= 10* log 1062,4 = 30,26 dB

Como podemos ver, el valor es muy cercano al proporcionado en la hoja de

caractersticas de la antena.

3. Tambin podemos calcular su apertura del haz, para ello se utiliza la siguiente

ecuacin:

Ancho de Haz = 70 * L / D = 70 * 0,0517 / 0,6 = 6.031 grados, como indica en su

hoja de caractersticas.