Transcript antena.

II ANTENAS
INTRODUCCION.





Las antenas son transductores que permiten la
transmisión de información a través del aire mediante
ondas electromagnéticas (OEM).
Las OEM se propagan a través del aire de manera
distinta, dependiendo de la frecuencia o longitud de
onda.
Las de baja frecuencia se propagan por la superficie
(llamadas ondas de tierra o terrestres).
Las de mediana frecuencia se propagan por reflexión
en la ionosfera.
Las de alta frecuencia se propagan mediante haces
rectilíneos (como la luz) de un extremo a otro.
FIG. 1
Propagación de las ondas de radio.

Las OEM tienen su origen en el movimiento de
cargas eléctricas (electrones) en un conductor
abierto, llamado ANTENA.
 Los electrones inducen un campo eléctrico con
idénticas características que las ondas de voltaje
y corriente que lo originaron.
 A su vez, el campo eléctrico induce un campo
magnético perpendicular a él, y con
características idénticas a las ondas de voltaje y
corriente originales.
 Ambos campos son radiados en una dirección
perpendicular a ellos, llamándose a esto: Ondas
Electromagnéticas (OEM).

Estas OEM viajan por el espacio libre, el aire y
por muchos otros materiales, variando la
velocidad de propagación dependiendo del
factor de velocidad, k, el cual depende del
material.
V = kC

donde C = 3 x 108 m/s, que es la
velocidad de la luz (y de las OEM) en
el vacío.
Por lo tanto en el vacío, k es igual a 1 y la
velocidad, V, de las OEM es de 3x108 m/s, que
es la velocidad de la luz en el espacio libre.

En los materiales, la velocidad de propagación de las
OEM depende de la permitividad relativa del medio:
V = C / er

Y esta velocidad es menor a la de las OEM en el vacío.
 Se puede decir que las OEM se propagan por el
dieléctrico con permitividad relativa er, guiada por los
conductores.
 La relación entre los campos eléctrico y magnético de
una OEM es muy similar a la relación de voltaje y
corriente en un circuito eléctrico:
 La Ley de Ohm establece que: Z = V / I
– Donde:
Z = impedancia en ohms.
V = voltaje en volts.
I = corriente en amperes.

La Ley de Ohm aplicada a las OEM:
Z=E/H
Donde:

Para un medio sin pérdida, por ejemplo, en el vacío:
Z= m/e
m = permeabilidad del medio en Henrios/m
e = permitividad del medio en Faradios/m
Para el espacio libre:
mo = 4px10-7 H/m
eo = 8.854x10-12 F/m
Entonces la impedancia en el espacio libre es:
Zo = mo / eo = 377 W
Donde:

Z = impedancia del medio en ohms.
E = intensidad de campo eléctrico en V/m
H = intensidad de campo magnético en A/m

La relación entre la permitividad del medio, e, y la
permitividad del espacio libre, eo, se conoce como:
CONSTANTE DIELECTRICA o PERMITIVIDAD RELATIVA: er
er = e / eo

Por lo tanto la impedancia de un medio no magnético es:
Z = 377 / er


De igual manera, la potencia en un circuito eléctrico es:
P = V2 / R
En una OEM, la potencia es:
PD = E2 / Z
– Donde:
PD = Densidad de Potencia en W/m2
E = Intensidad de campo eléctrico, en V/m
Z = Impedancia del medio en W.
2.1

Patrón de Radiación
Cuando se trata de transmitir información
utilizando el aire, por medio de Ondas
Electromagnéticas, es necesario utilizar una
Antena
 La antena en un transmisor es un transductor
o dispositivo que convierte las oscilaciones de
voltaje y/o corriente en variaciones de Campo
Eléctrico y Campo Magnético.
 La antena genera Ondas Electromagnéticas
(OEM) cuya forma de onda y frecuencia de
oscilación es la misma que las del voltaje y/o
corriente que las producen.
Antena de Transmisión
OEM
emitida
FIG. 2.1-1
Antena de Transmisión.
Antena de Recepción

Las antenas se usan tanto para Transmisión,
que es el caso descrito anteriormente, como
para Recepción, donde las OEM son
captadas por la antena y ésta actúa como un
transductor que convierte las OEM en una
señal eléctrica, induciendo una corriente,
que es entregada a la Línea de Transmisión
la cual a su vez funciona como un acoplador
de impedancias hacia las siguientes etapas
del Receptor.
Antena de Recepción
OEM incidente
Receptor
FIG. 2.1-2
Antena de Recepción.
Señal enviada por aire usando OEM

Cuando se desea enviar a través del aire una
señal de información, que puede ser audio,
video o datos, la señal se verá afectada por
diversos factores que la alterarán, como :
– Atenuación
– Distorsión
– Ruido

La señal recibida es afectada en su :
– Forma de onda.
– Frecuencia (o fase)
Para usar antenas es necesario emplear la:
Modulación
la cual se define como:
– Trasladar la señal de información a un espectro de
alta frecuencia donde se encuentra la señal de
Portadora, siendo ésta señal la que se encargará
de viajar a través del aire en forma de OEM y que
contiene a la información en cuestión.
– “Montar” la señal de información sobre una señal
de alta frecuencia que se llama Portadora, la cual
puede ser de Radiofrecuencia (R.F.) o de
Microondas (mO) y que al entregarla a una antena,
ésta se encarga de “radiarla” al aire convirtiéndola
en una OEM, la cual se de desplazará desde el
Transmisor, a través del aire, hasta el Receptor
que se encuentra distante.
Dimensiones Físicas de la Antena
Las dimensiones físicas de este elemento están
directamente relacionadas con la longitud de
onda (l) de la señal de portadora que se
desea transmitir, siendo esta relación :
1l
½l
¼l
de la señal de portadora de R.F. o de mO. La
elección dependerá de varios factores, entre
otros, de la posibilidad de realizar físicamente
ésta antena.
Onda Electromagnética (OEM)
F(t)
t(seg)
T
Periodo de 1 seg
FIG. 2.1-3
Frecuencia = 1 ciclo / 1 segundo = 1 Hertz = 1 Hz
Periodo de una OEM con frecuencia de 1 Hz.
Onda Electromagnética (OEM)
F(t)
t(seg)
T=0.5 seg
T=0.5 seg
1 seg
FIG. 2.1-4
Frecuencia(f) = 2 ciclo / 1 segundo =
2 Hertz = 2 Hz
Periodo de una OEM con una frecuencia de 2Hz.
Periodo, Frecuencia y Velocidad de
propagación de una onda.



La relación entre el Periodo (T) y la Frecuencia (f) de
una onda de voltaje, de corriente o de una OEM es :
T=1/f
seg.
La Longitud de Onda (l) de una onda de voltaje, de
corriente o de una OEM, está relacionada con su
velocidad de propagación y con su frecuencia :
l=v/f
m
La velocidad de propagación (v) de una onda en el
vacío (o el aire) es c = 3 x 108 m/s, quedando la
ecuación como :
l=c/f m
Ejemplo
para enviar a través del aire una señal de
audio, limitada en frecuencia a 15 KHz
mediante un filtro pasa bajas, suponiendo que
la onda viajará a la velocidad de la OEM en el
vacío, la longitud de onda de esta señal será :
l = c / f = 3 x 108 m/s / 15 x 103 1/s = 20,000 m
tomando el criterio de que la longitud física de
la antena sea ¼ de longitud de onda :
H = l / 4 = 20,000 m/4 = 5000 m
longitud de la antena de 5 Km. !!!!!
Ejemplo
La anterior no es una antena físicamente
realizable, se propone usar una señal de
portadora de R.F. de 1 MHz, entonces la
longitud física de la antena quedará en
l = c / f = 3 x 108 m/s / 1 x 106 1/s = 300 m
H = l / 4 = 300 m / 4 = 75 m
Será la longitud de la antena, la cual es
físicamente es realizable y que es típica de
una antena de transmisión de una estación
comercial de radio de Amplitud Modulada
(A.M.).
Longitud Física de la Antena
FIG. 2.1-5
H=l/4
Longitud física de una
antena de Transmisión en
función a la longitud de
onda de la señal a
transmitir.
L. de T. en corto como una Antena
FIG. 2.1-6
Una Línea de Transmisión cortocircuitada de un ¼ de
longitud de onda que actúa como un circuito resonante paralelo, es
decir como una antena que radia OEM.
L. de T.
FIG. 2.1-7a
de 1/2 y 1/4 de l
Líneas de transmisión en corto circuito de l/2
y en circuito abierto de l/4 actuando como
antenas.
FIG. 2.1-7b Líneas de transmisión en corto circuito de l/4
y como se convierte en una antena dipolo de dos elementos.
Antena del Transmisor
ANTENA
INFORMACIÓN
(Audio, Video , Datos)
MODULACION
AMPLIFICACIÓN,
FILTRADO Y
ACOPLAMIENTO DE
IMPEDANCIAS
LINEA DE TRANSMISION
OSCILADOR DE
PORTADORA
FIG. 2.1-8
Diagrama de un Transmisor
OEM
Antena del Receptor
OEM
FILTRADO,
ACOPLAMIENTO DE
IMPEDANCIAS Y
AMPLIFICACIÓN DE RF
DEMODULACION
INFORMACIÓN
(Audio, Video, Datos)
ANTENA
LINEA DE TRANSMISION
FIG. 2.1-9
Diagrama de un Receptor.
Parámetros de una Antena
- Diagrama Polar (En coordenadas Polares).
- Diagrama de Radiación (En coordenadas
Cartesianas).
- Ancho del Haz.
- Polarización.
- Ancho de Banda.
- Impedancia.
- Características Mecánicas: Dimensiones,
Materiales, Soportes, etc.
Diagrama Polar

La antena emite (o recibe) OEM, el análisis de
la intensidad o potencia de la OEM en un
punto distante de la antena será indicativo de
la región en el espacio en el que la OEM
podrá ser captada por una antena.
 La OEM se propaga de forma perpendicular al
plano horizontal en el cual se encuentra la
antena.
 El Diagrama Polar indica la variación del
campo eléctrico (o magnético) de la OEM en
función del ángulo q y de la distancia R, desde
la antena hasta el punto P de interés donde se
desea saber cual es la potencia de la OEM.
Diagrama Polar
P
R
q
ANTENA
FIG. 2.1-10
Diagrama Polar de una Antena.
Radiación Posterior
Lóbulos Laterales
Nulos
Lóbulo Principal
Radicación Frontal
o Principal
FIG. 2.1-11
Ejemplo de un Diagrama de Radiación Polar
de una antena.
Diagrama Polar
El ejemplo del Diagrama de Radiación
Polar mostrado anteriormente, en
realidad es tridimensional, pero se
representa en la figura en 2 planos:
vertical y horizontal, correspondientes al
plano de elevación y al plano azimutal.
 En la misma figura se observan varios
componentes del diagrama de radiación
polar como :

Diagrama Polar

Lóbulo Principal : es el espacio donde se
concentra la mayor cantidad de energía
radiada por una antena de transmisión; es
donde se deberá colocar la(s) antena(s) de
recepción para capturar la energía emitida.
 Lóbulo Lateral : son pérdidas de energía de
una antena de transmisión, en estos espacios
se radia energía que debería estar en el
Lóbulo Principal. Una antena de alta eficiencia
tiene pocos Lóbulos Laterales y una ideal no
los tiene, es decir, que el 100 % de la energía
entregada por el transmisor se radia en una
dirección determinada por el Lóbulo Principal.
Diagrama Polar

Nulos : Son espacios donde no se tiene
disponible energía radiada por la antena de
transmisión y ahí no es conveniente
colocar antena(s) de recepción.
 Radiación Frontal o principal : es la
dirección hacia donde se dirige el Lóbulo
Principal.
 Radiación Posterior : es la dirección
opuesta hacia donde se dirige el Lóbulo
Principal.
Patrón de Radiación o
Diagrama Polar

El diagrama de radiación polar mostrado en el
ejemplo anterior se refiere a una antena que
transmite hacia una sola dirección, sin embargo
hay otros tipos de antenas que tienen diagramas
de radiación distintos al mostrado.
 Puede haber antenas que radien hacia 2 lados o
hacia 4 lados.
 O hacia todas direcciones, conociéndose a ésta
última como antena Omnidereccional y tendrá
un diagrama de radiación circular (esférico) el
cual es ideal, ya que en la realidad no se puede
logar este patrón de radiación.
FIG. 2.1-12
Diagrama de Radiación Polar de
una antena isotrópica (ideal).
Ancho del Haz

En la figura 2.1-11 se observó que el Ancho
del Haz es la parte más ancha del Lóbulo
Principal en donde la energía máxima
radiada (Campo Eléctrico o Campo
Magnético máximos) decae 3 dB en la
dirección del Lóbulo Principal.
 Se observa que ésta dirección es donde se
encuentra q = 0°.
DIAGRAMA DE RADIACION (En coordenadas cartesianas):
Este diagrama de radiación es una forma alterna al diagrama de radiación polar.
El ancho del haz se da cuando la energía máxima radiada decae 3 dB del valor
máximo, esto es, que decae un 70 % del valor máximo.
E (dB)
Ancho del Haz
Emax
- 3 dB
Lóbulo Principal
Lóbulos Laterales
Nulos
FIG. 2.1-13
Diagrama de Radiación en coordenadas
cartesianas de una antena.
2.2 Tipos y Características
Antena Dipolo
DIAGRAMA DE
RADIACIÓN POLAR
CIRCULAR
FIG. 2.2-1
DIPOLO IDEAL
Antena Dipolo Isotrópica con patrón de
radiación Omnidireccional (Ideal).
Antena Dipolo
DIPOLO
q=0°
LÓBULOS PRINCIPALES
FIG. 2.2-2
Diagrama de Radiación Polar real de un
Dipolo sencillo.
Antena Dipolo
FIG. 2.2-3
Diagrama de Radiación Polar de una
antena dipolo de media onda.
Antena Dipolo

La antena dipolo real posee, además de los
dos lóbulos principales, varios pequeños
lóbulos laterales que representan pérdidas de
energía radiada hacia puntos del espacio
donde no se necesita recibir señal del
transmisor. El dipolo se puede construir de un
conductor de cobre o de aluminio y su
diámetro puede ser del tamaño que requiera
la aplicación en particular.
Antena Dipolo

Una antena dipolo puede estar formada por
un solo elemento o por dos elementos unidos
por un aislante, y donde cada elemento mide
un cuarto de longitud de onda como se
muestra en la siguiente figura 2.2-4. Esta
antena tendrá un patrón de radiación polar
real con dos lóbulos principales y varios
pequeños lóbulos laterales entre los lóbulos
principales.
Antena Dipolo
LÓBULOS PRINCIPALES
FIG. 2.2-4
LÓBULOS LATERALES
Diagrama de Radiación Real de un dipolo.
Antena Dipolo Cerrado

Para que el dipolo se parezca a una antena
Isotrópica que radie en todas direcciones se
modifica el diagrama de radiación polar
“achatando” los lóbulos principales e
incrementando el tamaño de los lóbulos
laterales cerrando el dipolo.
 Formando un
dipolo cerrado o plegado,
como se observa en la figura siguiente 2.2-5.
 Se obtiene un ancho de banda más amplio.
 El intervalo de frecuencias dentro del cual su
impedancia permanece aproximadamente
resistiva es mayor que para el dipolo
sencillo.
Es un dipolo cuyos brazos han sido
doblados por la mitad y replegados
sobre sí mismos. Los extremos se unen.
La impedancia del dipolo doblado es de
300 Ohm, mientras que la impedancia
del dipolo simple en el vacío es de 73
Ohm.
El dipolo doblado es, en esencia, una
antena única formada por dos
elementos. Un elemento se alimenta en
forma directa, mientras que el otro tiene
acoplamiento inductivo en los
extremos. Cada elemento tiene media
longitud de onda de largo. Sin embargo,
como puede pasar corriente por las
esquinas, hay una longitud de onda
completa de corriente en la antena.
FIG. 2.2-5a
Antena Dipolo Doblado o Plegado.
Antena Dipolo Cerrado

La antena dipolo cerrado se puede
fabricar de una línea de transmisión
paralela unidos en ambos extremos y
separados por el dieléctrico, uno de los
conductores se abre en el centro y se
conecta a una línea de transmisión
balanceada, es decir que tenga la
misma impedancia de la antena dipolo.
Antena Dipolo Cerrado
FIG. 2.2-5b
Antena Dipolo Doblado o Plegado.
Antena Dipolo Cerrado
FIG. 2.2-6
Diagrama de radicación polar, aproximado,
del dipolo cerrado.
Antena Dipolo con
Elementos Pasivos

Para hacer más directiva una antena,
es decir, que se haga crecer uno de los
lóbulos principales del dipolo, a éste se
le agregan otros elementos, llamados
elementos pasivos, que modificarán su
diagrama de radiación, cumpliéndose
esto tanto para antenas de transmisión
como de recepción
Antena Dipolo con Director
ELEMENTO EXCITADO (DIPOLO)
ELEMENTO PARASITO O
PASIVO (DIRECTOR)
LINEA DE
TRASMISION
FIG. 2.2-7
SOPORTE AISLANTE
Antena dipolo con elemento director pasivo.
Antena Dipolo con Director

La longitud del dipolo, elemento excitado, es
H que puede ser ½ ó ¼ de l, mientras que
la longitud del elemento pasivo, llamado
director, es 5 % más corto que el dipolo, es
decir :
HDIPOLO = ½ l ó ¼ l,
entonces :
HDIRECTOR = H – 5 %
Antena Dipolo con Director

La función del elemento director es recibir las
OEM radiadas por el dipolo, y por inducción
generar una corriente de características
idénticas a la OEM incidente y como actúa
como una antena, radia una OEM idéntica a
la
incidente,
agregándose
a
ésta,
produciendo un diagrama de radiación polar
alargado hacia la dirección de propagación,
como se muestra en la siguiente figura :
Antena Dipolo con Director
LÓBULOS PRINCIPALES
LÓBULOS LATERALES
FIG. 2.2-8
Diagrama de radiación de un dipolo con
elemento director.
Antena Dipolo con
Director y Reflector

Si se desea hacer más directiva a la antena
tipo dipolo, es decir, que tenga un lóbulo
principal hacia una dirección determinada y
disminuir casi a la categoría de lóbulo lateral
al otro lóbulo principal, se deberá agregar
otro elemento pasivo llamado Reflector, el
cual recibirá las OEM del dipolo y las
reflejará en sentido contrario agregándose a
la OEM principal generada por el dipolo y el
elemento director. Vea la siguiente figura :
Antena Dipolo con
Director y Reflector
0.15l
0.10l
REFLECTOR
DIPOLO
DIRECTOR
SOPORTE AISLANTE
LINEA DE TRANSMISION
FIG. 2.2-9
Antena dipolo con elementos reflector y
director.
Antena Dipolo con
Director y Reflector

La longitud del elemento reflector deberá ser
5 % mayor a la longitud del dipolo :
HDIPOLO = ½ l ó ¼ l
entonces :
HREFLECTOR = H + 5 %
HDIRECTOR = H – 5 %

El diagrama de radiación polar se verá de la
siguiente manera :
Antena Dipolo con
Director y Reflector
LÓBULOS LATERALES
LÓBULO PRINCIPAL
FIG. 2.2-10
Diagrama de una antena dipolo con
elementos reflector y director.
Antena Tipo YAGI
FIG. 2.2-11
Antena Tipo YAGI

Se recomienda que la separación entre el reflector y el
dipolo sea de 0.15l.
 La separación entre el dipolo y el director sea de 0.1l.
 Si se quiere que el lóbulo principal sea todavía más
alargado, es decir, hacer más directiva la antena se
pueden
agregar
varios
elementos
directores
adicionales y cada vez de menor tamaño.
 Para ello existen tablas obtenidas de manera
experimental para obtener la longitud de los elementos
directores que se deseen agregar.
 Estas
antenas se utilizan principalmente en
comunicaciones punto a punto, donde se desea radiar
hacia una dirección específica.
 A estas antenas se les conoce como antena tipo Yagi.
Antena Logarítmica

La siguiente figura muestra la antena
logarítmica periódica (logoperiódica) muy
utilizada para recepción de señales de
televisión.
 Se utiliza para recibir varias señales de
portadora de diferentes canales de televisión.
 Está formada por dipolos con una longitud de
por lo menos media longitud de onda para el
más largo a la frecuencia de operación mínima
y menos de media longitud de onda para el más
corto a la mayor frecuencia operación.
Antena Logarítmica
FIG. 2.2-12a
Antena Logarítmica.
FIG. 2.2-12b
Antena Logarítmica
o Logoperódica.
•Una antena de tipo logoperiódica es una antena cuyos
parámetros de impedancia o de radiación son una función
periódica del logaritmo de la frecuencia de operación.
•El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas
dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la
separación que se van multiplicando por una constante.
•Una de los diseños más conocidos es la agrupación
logoperiódica de dipolos.
FIG. 2.2-12c
Diagrama de radiación de una antena logoperiódica.
Antena Monopolar Vertical
FIG. 2.213
Antena Monopolar Vertical y su
Diagrama de radiación
Factor de Calidad Q

Una medida del comportamiento de una
antena es el Factor de Calidad, el cual
se define así :
Factor de Calidad :
Q = f / BW
f = frecuencia en Hz.
BW = Ancho de Banda en Hz.
Resonancia

Una antena entra en resonancia a la
frecuencia de funcionamiento si su
longitud física es tal que permite
acomodar un número entero de ondas
estacionarias de voltaje y corriente,
cuando su longitud es un número exacto
de media longitud de onda de dicha
frecuencia.
Longitud (m ) = 150 (N – 0.05) / f
f = frecuencia en MHz
N = número de ½ l que caben en la
antena.
Resonancia

En la figura siguiente se observa como las
ondas de voltaje y de corriente que inducirán
una OEM con sus mismas características de
frecuencia y forma de onda se acomodan en
un segmento de antena dipolo de ½ l o de
una l, produciendo la resonancia que
asegura la máxima eficiencia de la antena.
En cambio, si el segmento de antena no
puede acomodar un número exacto de
longitudes de onda de voltaje y de corriente,
la antena pierde eficiencia pues ya no entrará
en resonancia y por lo tanto habrá pérdidas
de potencia radiada
Resonancia
V
l/2
FIG. 2.2-14
V
I
DIPOLO
I
l
Dipolo de 1/2 l y l en resonancia.
Antenas Parabólicas

Se utilizan en sistemas de comunicaciones
con microondas y en radar, se les conoce
como antenas de microondas o reflectores
parabólicos, su forma física es la de una
parábola, aunque las hay también de forma
semiparabólica. En transmisión, la señal
originada en un punto llamado foco se refleja
en la superficie parabólica generando haces
de OEM rectilíneos y paralelos al eje de la
parábola, en recepción las OEM que llegan a
la parábola se reflejan hacia el foco.
Antenas Parabólicas

La condición es que sobre el plano
perpendicular al eje principal los haces
reflejados deben de estar en fase de tal
manera que la energía radiada viaje en
forma paralela y en fase hacia la antena
receptora. Vea la siguiente figura :
Antena de Microondas
PLANO PERPENDICULAR AL EJE
FOCO
EJE PRINCIPAL
EJE FOCAL
ANTENA
PARABOLICA
FIG. 2.2-15
Antena Parabólica para microondas.
Antena de Microondas de Tx

En una antena de transmisión el alimentador,
que recibe la señal eléctrica del equipo
transmisor, se coloca en el foco de la parábola
para asegurar que la energía radiada llegue a
la superficie de la parábola y de ésta se radie
al exterior, en dirección del eje principal.
Habrá algunas pérdidas por la obstrucción del
mismo alimentador y por la energía
electromagnética que se pierde en los bordes
de la parábola. Estas dos pérdidas son,
aproximadamente, un 10 % de la energía total
que sale del alimentador.
Antena de Microondas de Rx

En las antenas de recepción, la energía
proveniente de la antena transmisora llega
a la superficie de la parábola y de ésta se
refleja hacia el foco, donde se coloca el
elemento transductor que convierte las
OEM en una corriente eléctrica o bien se
coloca una Guía de Onda que se encarga
de recibir la OEM de la parábola y así, en
forma de OEM, se traslada hacia el receptor
donde se encuentra el transductor que la
convierte en una señal eléctrica. También
en este caso hay aproximadamente una
pérdida del 10 % de la energía que le llega
a la antena parabólica.
FIG.2.2-16
Antena Parabólica de Tx y de Rx.
El diagrama de radiación polar de una antena parabólica es muy
directivo, hacia el eje principal de la antena, lo cual es ideal para
transmisiones punto a punto con un ancho de haz muy angosto
LÓBULOS LATERALES
Tx
FIG. 2.2-17
LÓBULO PRINCIPAL
Rx
Diagrama de radicación de una antena parabólica.
Ancho del Haz
q = 70l / D
donde :
q = apertura del haz en grados a –3 dB
del valor máximo de potencia radiada.
l = longitud de onda de la señal.
D = diámetro del plato parabólico.
Ganancia de la Antena Parabólica
G = np2D2 / l2
donde :
G = ganancia como una razón de
potencias.
D = diámetro del plato parabólico.
l = longitud de onda de la señal.
n = factor de eficiencia de la antena, que
toma valores entre 0 y 1.
Antena Tipo Cuerno
FIG. 2.2-18
Diagrama de Antena tipo Cuerno Básica.
Antena Tipo Cuerno
FIG. 2.2-19
Dimensiones de la antena tipo cuerno.
Antena Tipo Cuerno
De la figura anterior :
L = Longitud
H = Altura
l = Longitud de Onda

L = H2 / 2l
Antena Tipo Cuerno
FIG. 2.2-20
Varias Antenas
Tipo cuerno
Ancho del Haz

La gráfica del Ancho del Haz que se observa
en la siguiente figura, 2.2-21, es muy útil
para visualizar el comportamiento de la
antena parabólica ya que muestra la
ganancia con respecto a la amplitud del haz
de la antena en grados, es decir, que tan
ancho es el lóbulo principal donde se
encuentra la mejor respuesta de la antena,
sea ésta de recepción o de transmisión.
Diagrama de Radiación
FIG. 2.2-21
Ancho del Haz y ganancia de
una antena parabólica.
Ancho del Haz

Se observa claramente que el ancho del haz
de la antena nos da la idea del espacio,
aunque se muestra en dos dimensiones, en
el cual se puede colocar la otra antena (de
recepción o de transmisión, según sea el
caso) para obtener una mejor captación o
radiación de la señal. A este diagrama
también se le llama Diagrama de Radiación
en coordenadas cartesianas, donde el eje x
está en grados y el eje y es la ganancia en
decibeles (dB).
Diagrama de Radiación Vertical
FIG. 2.2-22
Gráfica de Directividad Vertical
de una antena parabólica.
Diagrama de Radiación Vertical

Estos diagramas de radiación muestran el
comportamiento de la antena en el plano
horizontal, sin embargo la señal radiada por
una antena es de naturaleza tridimensional,
entonces es útil usar un diagrama que
muestre el patrón de radiación vertical, el
cual también posee un determinado Ancho
del Haz, de manera similar al que se tiene en
el plano horizontal, como se ve en la figura
2.2-21
Tipos de Alimentador
(a)
FIG. 2.2-23
(b)
(a) Alimentador de guía de onda y cuerno
(b) Alimentador tipo Cassegrain.
2.3 GANANCIA

Para conocer la ganancia de una antena bajo estudio
se compara con una antena ideal, conocida como
antena ISOTROPICA cuyo diagrama de radiación es
perfectamente circular. La ganancia, G, de una
antena es el producto de la ganancia activa o
directiva (sin pérdidas), D,
multiplicada por la
eficiencia, k, de la antena :
G = Dk
donde k es el cociente entre la Potencia Total Radiada
y la Potencia Total de Entrada (Ver la figura 2.3-1) :
k = PRAD / PIN = 10 log (PRAD / PIN) dB
PRAD
PIN
FIG. 2.3-1
PIN es la Potencia de entrada a la antena (Potencia Eléctrica) la cual se
convierte en una Potencia Electromagnética (PRAD) que es radiada hacia
el espacio en forma de una Onda Electromagnética (OEM).
Potencia Total Emitida

La potencia total emitida por una antena de
transmisión se puede obtener de la potencia
generada por un elemento de corriente I :
P = I2 80p2 (L/l)2 Watts
I = elemento de corriente por el que circula la
corriente I.
L = Longitud del elemento de corriente.
l = Longitud de onda de la señal de corriente.
Potencia Total Emitida

De la fórmula anterior se obtiene que la parte
80p2 (L/l)2 tiene las dimensiones de una
resistencia, que se llama Resistencia de
Radiación de la antena y que es función de
la longitud eléctrica L/l del elemento de
corriente. Quedando la ecuación :
P = I2RRAD o de otra forma
RRAD = P / I2
La corriente que circula por el elemento de corriente induce un campo
magnético y éste lleva asociado un campo eléctrico, resultando en un
desplazamiento de energía electromagnética que se aleja del elemento de
corriente que la generó. La potencia radiada estará en función de la
Densidad de Corriente y de la Resistencia de Radiación de la antena.
Punto P donde se desea
conocer la potencia
radiada.
Z
r
Elemento de corriente de longitud
L portador de una corriente I.
FIG. 2.3-2
Elemento de corriente que genera
una potencia radiada y analizada en
el punto P.
Impedancia
y
Ancho de Banda

ANTENA RESONANTE : tiene una
dimensión física de 1, ½ ó ¼ de l de
la señal a transmitir (o a recibir);en
este caso la impedancia y el ancho
de banda de la antena varían
notablemente con una pequeña
variación en la frecuencia (o l) de la
señal a transmitir (o a recibir).
Antena Resonante

A la frecuencia de resonancia la
reactancia de la antena resonante es
cero, las componentes reactivas de la
antena se anulan y se comporta como
una carga puramente resistiva, toda la
energía que le llega a la antena se radia
al exterior (si es de transmisión,
sucediendo algo análogo si es de
recepción).
Antena Resonante

La impedancia de la antena es
puramente
resistiva,
no
hay
componentes reactivos y el ancho de
banda es muy angosto, la antena
opera a una frecuencia específica o a
un pequeño intervalo de frecuencias,
conociéndose a estas antenas como
de Banda Angosta.
Impedancia y
Ancho de Banda

ANTENA NO RESONANTE : se utilizan para
operar a varias frecuencias, entonces su
impedancia y el ancho de banda varían con
respecto a la frecuencia (longitud de onda)
de la señal a transmitir (o a recibir) de tal
forma que su ancho de banda es mas
grande, es decir, puede recibir varias
frecuencias de portadora, conociéndose
como antenas de Banda Ancha y su
impedancia poseerá algunos componentes
reactivos, lo que hace que disminuya su
eficiencia.
PRAD
PIN
FIG. 2.3-3
En esta figura se observa que si la antena transmite (o
recibe) una señal cuya frecuencia tenga una longitud de onda igual a ½
ó ¼ l actuará como una antena resonante, de lo contrario, si la longitud
de onda es diferente a estos valores la antena actuará como una no
resonante.
Densidad de Potencia de la Antena de Transmisión
:
PD = PTGT / 4pr2
donde :
PT = potencia total del
transmisor en Watts.
GT = ganancia de la antena del
transmisor.
r = distancia del transmisor al
receptor, en metros.
Potencia entregada al receptor en watts :
PR = AeffPD
donde:
Aeff = área efectiva de la antena receptora
PD = densidad de potencia que llega al receptor.
2.4 POLARIZACION
Polarización


Se observa en la siguiente figura 2.4-1 que la
Polarización de una antena depende de su posición
con respecto al plano donde esta colocada, la
dirección de propagación es la misma pero la
posición (polarización) del campo eléctrico es
diferente según se coloque la antena con respecto al
plano horizontal.
Esto es muy útil cuando se desean recibir dos
señales diferentes con la misma antena de recepción,
una señal polarizada horizontalmente se recibirá por
medio de un elemento horizontal y una señal
polarizada verticalmente se recibirá por medio de un
elemento vertical.
FIG. 2.4-1
Polarización de una OEM según la posición de la
antena con respecto al plano donde está colocada.
Por ejemplo, la propagación de ondas superficial
requiere de polarización vertical.
La polarización de la radiación de un dipolo de
media onda es la misma que el eje del alambre que
forma la antena .
En los sistemas de comunicación móvil y portátil
generalmente se utiliza polarización vertical.
Hay Polarización :
Vertical, Horizontal y Circular.