EXPOSICIONES DE CLASE

Arreglo de antenas

Un array es una antena compuesta por un número de radiadores idénticos ordenados regularmente y alimentados para obtener un diagrama de radiación predefinido. Los arrays tienen la ventaja de que se puede controlar la amplitud de las corrientes y la fase de cada elemento, modificando la forma del diagrama de radiación.

 

Arreglo formado por 2 elementos

En un arreglo de elementos idénticos, hay cinco controles que el diseñador debe emplear para obtener la forma total del patrón de la antena:

1. La configuración geométrica del arreglo.

2. La distancia relativa entre elementos individuales

3. La amplitud de la alimentación de los elementos individuales

4. La fase de la alimentación de los elementos individuales

5. El patrón relativo de los elementos individuales

 

Método de multiplicación de patrones de 2 o más elementos

 

El método de multiplicación de patrones se utiliza para calcular en un plano el patrón resultante de dos antenas con igual patrón de radiación. Se basa en el patrón resultante de dos antenas con patrón de radiación y su patrón conjunto si fuesen omnidireccionales:

 

Arreglos lineales de “N” elementos

Un arreglo lineal se considera como un filtro espacial que pasa las señales de una cierta dirección y rechaza las señales de otras direcciones, tienen los elementos dispuestos sobre una línea recta y las antenas tienen un desfasamiento progresivo.

 

“Arreglo triangular”

Es un arreglo de tres elementos en el que sus separaciones, así como las magnitudes de sus corrientes y fases sean seleccionables permite un número mayor de diagramas de radiación

 

“Arreglos lineales uniformes de N elementos”

Un arreglo lineal uniforme es aquel en el que los elementos que lo conforman son alimentados con corriente de igual magnitud, con un desfase uniforme y progresivo a lo largo de la línea. Además, los elementos están igualmente separados a lo largo de una línea recta.

 

Arreglo lineal uniforme diseñado para generar

Radiación transversal a su eje (Arreglo tipo End-Fire)

● Arreglo Axial

● Es un array cuyo máximo de radiación se encuentra en el eje del array θ=0o -180o

● La distancia de separación entre las antenas es una distancia igual a un cuarto de la longitud de onda, es decir: d=λ/4

● El desfase entre las corrientes es α=-βd

 

ARREGLO DOLPH-TSCHEBYSCHEFF O CHEBYSHEV

La magnitud del rayo es bastante estrecha en correspondencia a un nivel dado del lóbulo lateral que debe ser constante. Para arreglos pequeños, la directividad aumenta linealmente respecto a la longitud del arreglo hasta que llega el momento en que se alcanza la directividad máxima, el incremento de esta se detiene, al ser los lóbulos laterales constantes y necesitar tomar una parte grande de la energía del lóbulo principal para mantener igual el nivel de estos, cuando se aumenta el tamaño del arreglo y se estrecha el ancho del haz, se pierde eficiencia.

IMPEDANCIA DE ANTENAS Y DE ARREGLOS DE ANTENAS

TEOREMA DE RECIPROCIDAD

•        Los parámetros de las antenas (directividad, ancho de haz, impedancia, resistencia de radiación, etc.) son idénticos en transmisión y recepción.

•        Consideremos dos conjuntos de fuentes eléctricas a y b que crean dos conjuntos de campos eléctricos y magnéticos

•        La frecuencia es la misma y el medio el lineal e isotrópico

La reacción de los campos de las fuentes b con las corrientes a es el mismo que la reacción de los campos de las corrientes b.

Aplicaciones del teorema de reciprocidad

◦        Igualdad de impedancias mutuas

◦        Cálculo de la tensión recibida

◦        Igualdad de diagramas en transmisión y recepción

◦        Igualdad de impedancias en transmisión y recepción

IMPEDANCIA PROPIA DE LOS DIPOLOS

•        La impedancia nominal de un dipolo es de 73 ohmios

•        En un dipolo real, la impedancia varía considerablemente dependiendo de la altura a la que se encuentre

•        Cuanto más alto se encuentra el dipolo respecto a tierra, menor es la variación de impedancia y más se aproxima al valor nominal de 73 ohmios

•        Si el dipolo se encuentra a más de media longitud de onda de altura sobre el suelo a la frecuencia de trabajo, la ROE que habrá en la línea será insignificante

•        En frecuencias bajas, donde la longitud de onda es grande, sí que resulta importante la altura a la que se coloca el dipolo.

•        Como norma general, un dipolo no debe montarse a alturas inferiores a 1/4 de longitud de onda, ya que la impedancia baja muy rápidamente

DIPOLO RESONANTE

◦        Mayor resistencia

◦        Misma longitud total y diagrama de radiación que la antena común de media onda, y su

◦        resistencia de radiación: 73 Ohms

◦        la línea de transmisión “ve” solamente la mitad de la corriente en el punto de alimentación da origen a una transformación de impedancia que aumenta la resistencia de la antena (Ra)

◦        La impedancia de un dipolo plegado: 0.8 veces el de la antena común de media onda

◦        Todo dipolo de media onda es el equivalente de un circuito resonante

◦        Puede resonar solamente a una frecuencia

◦        Para cambiar la frecuencia de resonancia, es necesario alterar la longitud

◦        el ancho de banda usual es una cantidad porcentual de la frecuencia de resonancia, por encima y por debajo de ella.

◦        Cuanto mayor es este diámetro menor es el Q, y por lo tanto mayor es el ancho de banda.

◦        Si un diámetro exterior superior a 2.5 pulgadas reduce la longitud física del dipolo para cualquier frecuencia, en un 10% menos del que tendría un dipolo de 0.5 a1 pulgada de diámetro exterior.

IMPEDANCIA DE ENTRADA DE LOS DIPOLOS

◦        Impedancia de entrada

◦        Impedancia de alimentación

◦        Resistencia de radiación

◦     Se define como una resistencia ficticia, la cual cuando es sustituida por la antena, consume la misma potencia que esta irradia

IMPEDANCIA EN ARREGLOS DE ANTENAS

◦        Este afectara directamente en las características de radiación del arreglo

◦        La impedancia característica se representa como Zo

◦        Zo se puede obtener por:

ARREGLO DE 2 ELEMENTOS (1 EXCITADOR, 1 PARASITO).

Este tipo de arreglos que presentan dos elementos (1 excitador y 1 parasito) se pueden presentan en las antenas Yagi-Uda, dipolo sobre un plano reflector y de diedro  .

1. Elementos de excitación. (Dipolo) Pueden ser activos o excitados, estos se conectan directamente a la línea de transmisión y reciben potencia de la fuente.
2. Elementos parásitos. No se conectan a la línea de transmisión y reciben la energía a través de la inducción mutua. Estos elementos se clasifican en Reflectores y Directores.

•        Reflector. Elemento parásito más largo que el elemento de excitación.

•        Director(es). Elemento(s) parásito(s) más corto(s) que su elemento de excitación. 

Antena Yagi-Uda.

Es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda. Esta invención de avanzada a las antenas convencionales produjo que, mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y director (es), se obtuviera una antena sencilla y de muy alto rendimiento. 

Elementos que presentan.

Las antenas Yagi-Uda presentan dos tipos de elementos:

1. Elementos de excitación (A - Elemento conducido)
2. Elementos parásitos (R – Reflector,
3. D – Director.)

Ganancia y Diseño de las antenas Yagi-Uda.

En las antenas de 2 a 4 elementos, la separación aproximada es de 0.15 a 0.2 λ, en algunos casos se logra una ganancia mayor si el segundo director esta 0.25 λ del primero, y aun mayor, separando el tercero y cuarto elementos hasta un máximo de 0.4 λ.

A diferencia de la antena de cuerno, no existen reglas estrictas y rápidas para diseñar una antena yagi-uda. Hay algunos parámetros físicos críticos que se resisten a hacerlo. Algunos de los parámetros son los siguientes:

1. Longitud del elemento y distancia entre ellos'.
2. La medida de las varillas o el diámetro de las varillas.

Algunos parámetros críticos como: ganancia y resistencia de entrada.

Antena parabólica

La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico, cuya superficie en realidad es un paraboloide de revolución. Las antenas parabólicas pueden ser transmisoras, receptoras o full dúplex, llamadas así cuando pueden transmitir y recibir simultáneamente.

Aplicaciones de las antenas parabólicas.

Se utiliza en aplicaciones como radioastronomía, comunicaciones espaciales y en estaciones terrenas de comunicaciones vía satélite, donde se requiere alta directividad, elevada potencia y bajos niveles de pérdida.

TIPOS DE ANTENAS PARABOLICAS 

Antena parabólica High Performance

Se suelen utilizar en torres o sistemas donde hay una alta densidad de antenas, permitiendo reducir las interferencias que generan los distintos sistemas de telecomunicaciones entre si.

Suelen poseer una cubierta o radome que protege la antena de fenómenos físicos y naturales. Se utiliza en frecuencias altas, por encima de los 4 GHz.

 

Antena parabólica de rejilla o grilla

Son el diseño más pobre y mas económico de todos, poseen un reflector que las convierte en una antena bastante liviana, permitiendo estructuras de montaje más simples.

Se utilizan por debajo de los 3 GHz puesto que tienen un mejor comportamiento, sobre todo en el aspecto mecánico pues ofrecen muy poca resistencia al viento por lo que su desalineación es prácticamente nula.

 

Antenas Cassegrain

Se utiliza en aplicaciones como radioastronomía, comunicaciones espaciales y en estaciones terrenas de comunicaciones vía satélite, donde se requiere alta directividad, elevada potencia y bajos niveles de pérdida. El reflector es parabólico y cuyo sub reflector hiperbólico se encuentra ubicado en el foco de la antena.

 

Antenas Offset

Son una estructura alternativa, con un reflector oval y un subreflector que se encuentra ubicado en la parte inferior de la misma, haciendo que el foco no quede en el centro del plato, por tanto la configuración será de reflector asimétrico respecto al eje de la parábola. Presentan ventajas sobre otras configuraciones evitando el bloqueo de la apertura causado por el alimentador y permiten un mejor control del diagrama de radiación.

A pesar de que esta estructura es mecánica y analíticamente más compleja que las anteriores, sus aplicaciones son en satélites y en redes VSAT 0/ery Small Apertura Terminal)

 

Torres de Radiocomunicaciones

La torre auto soportada

Para terrenos urbanos y cerros, su geometría y construcción permite soportar grandes pesos y resistir diferentes fenómenos físicos. Son las estructuras más conocidas, con un diseño que implica que la torre se mantenga en pie debido a que sus patas están ancladas a unas bases fundidas varios metros bajo el suelo.

 

La torre rendada

Especial para edificios y zonas con amplio espacio. Es una torre con una estructura metálica que depende básicamente de cables de acero y que a modo de templetes dan estabilidad vertical a la torre, los cuales son garantías de seguridad. Algunas de estas torres son en realidad antenas de AM de grandes dimensiones debido a su relación con la longitud de onda

 

Torres monopolo

La torre monopolo, es propia de terrenos urbanos y edificaciones, que permiten la instalación de antenas a gran altura ocupando poco espacio.

Tiene estructura monolítica en forma de postes inmensos, hechos de acero o concreto reforzado, cuentan con escalerilla y pequeñas plataformas de descanso.