7/21/2019 Overview Antennas
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UNI FIEE ANTENAS 2007
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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
Antenas 53 Antenas 54
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
Antenas 57 Antenas 58
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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Antenas 61 Antenas 62
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 67 Antenas 68
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
Antenas 75 Antenas 76
Antenas 77 Antenas 78
Muchas gracias por su atencin