ANTENASAntena Loop (Balanis, 2005- Cap5)
Docente Johan Leandro Téllez Garzón
Programa de Ingeniería en Telecomunicaciones
2020
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Consiste en un bucle o bobina de cable u otro conductor eléctrico, con sus extremos conectados a una línea de transmisión equilibrada
Tipos de diseños de antena loop:
• Eléctricamente pequeña o magnético (loop pequeño)Con un tamaño mucho mas pequeño que la longitud de onda de operación
C = λ/10 donde C es la circunferencia
• Eléctricamente grande o resonancia (loop grande)Con una circunferencia comparable a la longitud de onda de operación
C ~ λ
Antena Loop (Balanis, 2005 – CAP5)
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• Características: bajo costo, simple, versátil, fácil fabricación y su uso es muy popular
• Formas variadas: rectangulo, cuadrado, triangulo, elipse.
• Aplicaciones: HF (3-30 MHz), VHF (30-300 MHz) y UHF
Antena Loop
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Loop pequeño
• Sonda de medición RF
• Navegación por ondas de RF
• Radios portátiles• para frecuencias bajas en los
receptores AM de carros
• Resistencia de radiación baja
• Eficiencia reducida• Modo de recepción
• Patrón de campo es similar al dipole:
Antena Loop
Potencia baja
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Antena Loop
La resistencia de radiación se puede aumentar para hacerla comparable a la de la línea de transmisión
• Aumentando su perimetro o el numero de vueltas
• Insertar en el loop un núcleo de ferrita para elevar la intensidad del campo
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Antena Loop
Loop grande
• Usados principalmente en arreglos direccionales
• Radioaficionados
• Mejor eficiencia de radiación
• Para aplicaciones donde se requiere transmitir
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Loop circular pequeño
• Antena localizada simétricamente en el plano x-y en z=0
• Se asume un alambre muy delgado y una distribución de corriente constante
• I0 es una constante
• Campos radiados:
Iφ = I0
𝑘 = ൗ2𝜋𝜆
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Loop circular pequeño
Densidad espectral de potencia
• en el campo cercano es predominantemente reactiva (kr<<1)
• en el campo lejano es predominantemente real (kr>>1)
• La densidad espectral de la antenna loop circular pequeña es:
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Loop circular pequeño
Potencia Radiada
• se puede calcular realizando la integral de superficie de la densidad espectral, obteniendo:
• En campo cercano (kr <<1), la parte imaginaria es dominante asi se habla de potencia reactiva
• En campo lejano (kr >>1), la parte imaginaria disminuye y la potencia se hacenetamente real
• La potencia radiada en campo lejano es:
Real Imaginaria
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Ejercicio ejemplo:
Suponga que tiene una antena loop pequeña que trabaja para una frecuencia de 250 MHz que esta conectada a una fuente de RF que tiene corriente 𝐼0 = 10 𝑚𝐴. Considere que esta antenna tiene un circunferenciade
𝜆
10calcular la densidad de potencia a una distancia de 5 metros con
angulos tetha de 0, 25 45, 60 grados y calcular la potencia radiada de la antena.
𝑛 = 120𝜋 𝐶 =𝜆
10= 2𝜋𝑎
𝜆 =𝑐
𝑓=
3𝑥108
250𝑥106= 1.2𝑚
𝑘 =2𝜋
λ= 5.23
𝑎 =𝜆
20𝜋= 0.019
𝐼0 = 10 𝑚𝐴
Tetha = 0
𝑊 = 120𝜋
2𝜋λ
𝜆20𝜋
4
3210𝑥10−3 2
sin 𝜃 2
521 +
𝑗
5.23 ∗ 5 3
𝑊 = 120𝜋
110
4
32
10𝑥10−3 2
52sin 𝜃 2 1 +
𝑗
5.23 ∗ 5 3
𝑊 = 4.7𝑥10−9 sin 𝜃 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5
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Tetha = 0 𝑊 = 4.7𝑥10−9 sin 0 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5 = 0
Tetha = 25 𝑊 = 4.7𝑥10−9 sin 25 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5 = 𝟖. 𝟑𝟗𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟎 + 𝟒. 𝟔𝟗𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟒𝐣
Tetha = 45 𝑊 = 4.7𝑥10−9 sin 45 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5 = 𝟐. 𝟑𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟗 + 𝟏. 𝟑𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟑𝐣
Tetha = 60 𝑊 = 4.7𝑥10−9 sin𝜃 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5 = 𝟑. 𝟓𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟗 + 𝟏.𝟗𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟑𝐣
𝑃𝑟 = 120𝜋𝜋
12
1
10
4
10𝑥10−3 2 1 + 𝑗5.59𝑥10−5 = 𝟗. 𝟖𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟕 + 𝟓.𝟓𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟏𝒋 watts
𝑅𝑟 = 120𝜋𝜋
60.019 2 5.23 2 2
= 𝟎. 𝟎𝟏𝟗𝟐 𝜴
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Loop circular pequeño
Resistencia de radiación
• Se puede derivar de la ecuación anterior y es
• Donde S=πa2 es el área y C=2πa la circunferencia de la antena
• Cuando la antenna loop tiene N vueltas, su
resistencia de radiacion es:
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Resistencia de perdidas
• Se puede calcular considerando la siguiente expresión:
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Loop circular pequeño
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Loop circular pequeño
Intensidad de radiación (U)
• Se puede calcular considerando la siguiente expresión:
• El maximo valor de intensidad ocurre en θ=π/2
• La directividad del loop es:
• La maxima area efectiva:
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Circuito equivalente en transmision
• Rr es la Resistencia de radiacion
• RL es la Resistencia de perdidas vista anteriormente
• XA es la reactancia inductiva externa de la antena = ωLA
• Xi es la la reactancia inductiva interna = ωLi
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Loop circular pequeño
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Loop circular pequeño
https://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9tica
μ0 es la permeabilidad magnetica del vacio = 4pi x 10 -7
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Ejercicios
1. Calcular la Resistencia de radiacion de una loop circular pequeña de una sola vuelta y de ocho vueltas si el radio es igual a λ/25 y el medio es el espacio libre
2. Encontrar la eficiencia de radiacion de una antena loop circular de ocho vueltas si la frecuencia es 100 MHz, a=λ/25, el radio del alambre es 10-4λ y el espacio entre vueltas es 4x10-4λ. Asuma que el alambre es de cobre con una conductividad de 5.7x107 (S/m) y el medio es el espacio libre
3. Calcular el valor la intensidad de radiación en θ=3π/4, θ=π/2 y θ=5π/4 de una antena loop circular si la circunferencia de la antena es C = λ/10 para una frecuencia de 1.5GHz, y la corriente I0=0.01. Ademas calcule la potencia radiada en campo lejano.
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Ejercicios
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Ejercicio
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