7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

1/28

Polarizacin de antenaLapolarizacinde una antena no es ms que la orientacin del campo elctrico que se

irradia de ella. Una antena puede estarpolarizada linealmente(en general, horizontal o

verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena estn en un plano horizontal

o en uno vertical), elpticamente o circularmente. Si una antena irradia una ondaelectromagntica verticalmente polarizada, se define a la antena como verticalmente

polarizada (o polarizada verticalmente). Si una antena irradia una onda

electromagntica horizontalmente polarizada, se dice que la antena est polarizada

horizontalmente; si el campo elctrico gira describiendo una elipse, est elpticamente

polarizada; si el campo elctrico gira en forma circular, est circularmente polarizada.

La fig. 9 muestra las diversas polarizaciones que se acaban de describir.

FIGURA 9 Polarizaciones de antena: (a) lineal; (b) elptica; (c) circular

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

2/28

La polarizacin de una antena en una direccin dada se define como la

polarizacin de la onda radiada cuando sta se encuentra excitada. La

polarizacin generalmente se define en la direccin en la que la antena radia el

mximo de potencia, ya que los enlaces se disean para que sean eficientes en

la direccin de mxima radiacin. La polarizacin de la onda radiada vara con la

direccin respecto al centro de la antena, por lo que diferentes partes deldiagrama de radiacin pueden tener diferentes polarizaciones.

En cada punto del espacio existe un vector de campo elctrico Er,t ; funcin de

la posicin y el tiempo. La polarizacin de una onda es la figura geomtrica

descrita, con el paso del tiempo, por el extremo del vector de campo elctrico en

un punto del espacio en el plano perpendicular a la direccin de propagacin.

Fig. 10 Onda polarizada verticalmente

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

3/28

Fig. 11 Polarizacin lineal, circular y elptica.

El sentido de giro de campo elctrico, tanto en polarizacin circular como elptica,

es hacia la derecha cuando la onda se aleja del observador, rota el campo en el

sentido de las agujas del reloj, y hacia la izquierda si el sentido es contrario.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

4/28

Abertura del haz de la antenaLa abertura (angular) del hazde una antena es la separacin angular entre dos

puntos de media potencia (3 dB) en el lbulo mayor de la grfica de radiacin

de una antena, que se suele tomar en uno de los planos principales. La

abertura del haz de la antena cuya grfica de radiacin se ve en la fig. 12, es elngulo definido por los puntos A, X y B (el ngulo ). Los puntos A y B son los

puntos de media potencia (la densidad de potencia en ellos es la mitad de la

que hay, a igual distancia de la antena, en la direccin de radiacin mxima). La

abertura del haz de una antena se llama a veces ancho de haz de 3 dB, o

ancho de haz de media potencia, o ancho de lbulo.

F I G U R A 1 2 Abertura de haz de antena

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

5/28

Volviendo a las antenas, si utilizamos una antena patch de ganancia moderada (8dB), la

radiacin se concentrar en un haz de aproximadamente 60, permitindonos cubrir una

amplia zona de vuelo. Si queremos tener ms ganancia, para aumentar la distancia de

vuelo, y utilizamos por ejemplo una antena parablica de 24dB, el ancho de haz ser de

solamente 8, implicando que tenemos que mantener la antena perfectamente enfocada

hacia el avin. La siguiente figura representa las zonas de vuelo con cada una de estasantenas de ejemplo:

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

6/28

Normalmente en la descripcin de una antena encontraremos con mayor frecuencia una

representacin polar del diagrama de radiacin. Esto no es ms que realizar dos cortes

en el plano horizontal y en el plano vertical a la representacin 3D:

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

7/28

Por otro lado, y para poder medir con mayor precisin la ganancia de la antena

en una determinada direccin, a veces se utiliza la representacin cartesiana.

Consiste simplemente en desenrollar la representacin polar:

Asociado al diagrama de radiacin nos encontramos con el concepto de haz. Se

refiere a la zona del espacio desde/hacia la que se puede utilizar la antena, y se

define como la zona donde la ganancia es superior a la ganancia mxima de la

antena menos 3dB. O lo que es lo mismo, es la zona del espacio donde laantena emite al menos un 50% de la potencia mxima (que ser la potencia

emitida en la direccin de mxima ganancia).

Esto implica que mantener una buena orientacin de la antena es

fundamental, ya que podemos estar perdiendo hasta 3dB por el hecho de volar

en los lmites exteriores del haz en lugar de en su centro.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

8/28

Ancho de banda de antenaEl ancho de banda de una antena se define, en forma vaga, como el intervalo

de frecuencias dentro del cual el funcionamiento de la antena es

satisfactorio. Se toma, en el caso normal, como la diferencia entre las

frecuencias de media potencia (diferencia entre las frecuencias mxima y

mnima de operacin), pero a veces indica variaciones en la impedancia de

entrada de la antena.

El ancho de banda de una antena se expresa, tambin normalmente, como un

porcentaje de la frecuencia ptima de operacin de esa antena.

Ejemplo

Calcular el ancho de banda porcentual para una antena con frecuencia ptima

de operacin de 400 MHz, y frecuencias de 3 dB de 380 MHz y 420 MHz.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

9/28

GANANCIA DIRECTIVA Y GANANCIA DE POTENCIALa ganancia directiva es la relacin de la densidad de potencia irradiada hacia una

direccin particular entre la densidad de potencia irradiada al mismo punto pero por una

antena de referencia, con la condicin de que ambas antenas deben estar irradiando la

misma cantidad de potencia.

Para estos casos se asume que el tipo de antena utilizado es una antena isotrpica. Cuando

la ganancia directiva se considera mxima se le denominadirectividad.

Representacin grfica sobre la Directividad

La ganancia de potencia es lo mismo que la ganancia directiva salvo que se utiliza es la

potencia total de la antena teniendo en cuenta para ello la deficiencia de la antena y que la

antena de referencia no presenta ningn tipo de prdidas. Si la antena en mencin seconsidera como una antena sin prdidas se dice que la antena irradia el 100 % de la

potencia de entrada concluyendo en ese caso particular que la ganancia de potencia y la

ganancia directiva son iguales. Comnmente la ganancia de potencia es expresada en

decibelios. A

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

10/28

La expresin que permite calcular la ganancia directiva o directividad

La EIRP o potencia isotrpica efectiva irradiada se define como la potencia equivalente de

transmisin es decir es aquella potencia que debera irradiar una antena isotrpica para

alcanzar la misma densidad de potencia en la direccin elegida y en un determinado punto

que en otra antena. Para calcular la densidad de potencia en un determinado punto a una

distancia R de la antena transmisora, se puede utilizar:

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

11/28

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

12/28

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

13/28

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

14/28

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

15/28

DENSIDAD DE POTENCIA CAPTURADA

Una de las principales caractersticas de una antena consiste en su capacidad para radiar

y con una cierta direccionalidad, es decir, para lograr concentrar la energa radiada hacia

ciertas direcciones del espacio segn sea necesario. Para ello, es conveniente cuantificar

este comportamiento con un parmetro que permita establecer una comparacin entre

distintas antenas.

Uno de los datos importantes para establecer ste clculo es conocer dnde est situada

la antena que se desea analizar; en cuyo caso es conveniente el uso de un sistema de

coordenadas que permita definir cmodamente una direccin del espacio por tal razn

el sistema de coordenadas por excelencia es el esfrico. Las tres variables de un sistema

esfrico son (r, , ).

Esquema del Sistema de Coordenadas Utilizado

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

16/28

Una antena, es un dispositivo reciproco debido a que presenta la misma resistencia de

radiacin, ganancia y directividad cuando se envan o reciben ondas electromagnticas,

por lo tanto, se puede decir que la densidad de potencia recibida o capturada por una

antena corresponde al producto de la densidad de potencia en el espacio que la rodea por

su ganancia directiva, es decir, la densidad de potencia en el espacio es expresada en watts

por metro cuadrado.La expresin que permite calcular la densidad de potencia capturada es:

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

17/28

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

18/28

encia

idad de

a antena de

.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

19/28

Calcular, para una densidad de potencia recibida de 10 W/ y una antena

receptora con rea de captura de 0.2 , lo siguiente:

(a)Potencia capturada, en watts.

(b)Potencia capturada, en dBm.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

20/28

Convertir 105 db a watts

Los decibeles se usan generalmente con la ganancia de potencia, a veces se

emplean para indicar el nivel de potencia respecto a 1 mW. En este caso, seusa el smbolo dBm, donde la m significa que la referencia es a un miliwatt.

P = 10 log(P/1mW)

donde P = potencia en dBm P = potencia en watts

de esta frmula despejamos P para hallar la potencia en watts:

P= 10 Log P - 10 Log 1mWP+10Log 1 mW = 10 LogP

(P+10Log 1 mW)/10 = LogP

P= Anti Log [(P+10Log 1 mW)/10]

Sustituyendo:

P= Anti Log [(105 + 10Log 0.001)/10]

P= Anti Log [(105-30)/10]

P= Anti Log [(75)/10]P= Anti Log 7.5

P= 31622776.6 W

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

21/28

ESPECTRO DE FRECUENCIASEl conjunto de todas las frecuencias se divide en bandas, cada una de

las cuales presenta caractersticas peculiares que dan origen a

tipologas de antenas muy diversas.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

22/28

Impedancia de entrada a la antena

La radiacin de una antena es un resultado directo del flujo de corriente de RF. La

corriente va hacia la antena pasando por una lnea de transmisin, que est conectada

con un espacio pequeo entre los conductores que forman la antena. El punto de la

antena donde se conecta la lnea de transmisin se llama terminal de entrada de la

antena, o simplementepunto de alimentacin.

El punto de alimentacin presenta una carga de ca a la lnea de transmisin, llamada

impedancia de entrada de(oa)la antena. Si la impedancia de salida del transmisor y la

impedancia de entrada de la antena son iguales a la impedancia caracterstica de la lnea

de transmisin, no habr ondas estacionarias en la lnea y se transmitir una potenciamxima a la antena, potencia que ser irradiada.

La impedancia de entrada de una antena es slo la relacin del voltaje de entrada a la

antena a la corriente de entrada a la misma. Es decir

en donde Zent =impedancia de entrada a la antena (ohms)

Ei =voltaje de entrada a la antena (volts)

Ii =corriente de entrada a la antena (amperes)

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

23/28

UNIDAD II

- Antenas Bsicas: Doblete elemental, dipolo de mediaonda, efectos de la tierra en un dipolo de media onda.

- Antena aterrizada

- Carga de la antena: Bobinas de carga, carga

superior.

- Arreglos de antena.

- Arreglos de borde ancho: arreglo refractario extremo,

arreglo no resonante: la antena rmbica.

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

24/28

ANTENAS BSICASDoblete elemental

El tipo ms sencillo de antena es el doblete elemental. Es un dipolo

elctricamente corto, y con frecuencia se llama dipolo corto, dipolo elementalodipolo hertziano. Elctricamente corto quiere decir que es corto en comparacin

con media longitud de onda, pero no necesariamente onda de corriente

uniforme; en general, cualquier dipolo menor que un dcimo de longitud de onda

se considera elctricamente corto. En realidad, no se puede obtener un doblete

elemental; sin embargo, el concepto de dipolo corto es til para comprender las

antenas ms prcticas.

Un doblete elemental tiene corriente uniforme en toda su longitud. Sin embargo,

se supone que la corriente vara en forma senoidal en funcin del tiempo, y que

en cualquier instante es

i(t) I sen(2ft + )

siendo i(t) = corriente instantnea (amperes)

I= amplitud mxima de la corriente de RF (amperes)

f= frecuencia (hertz)

t= tiempo instantneo (segundos)

= ngulo de fase (radianes)

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

25/28

Se puede demostrar, mediante las ecuaciones de Maxwell, que el campo lejano

de radiacin es

en donde E= intensidad del campo elctrico (volts por metro)

I = corriente del dipolo (amperes rms)

l = longitud de uno a otro extremo del dipolo (metros)

R = distancia al dipolo (metros)

= longitud de onda (metros)

= ngulo que forma el eje de la antena con la direccin de

radiacin, que se indica en la fig. 1a

La grfica de densidad de potencia relativa se puede deducir con la ecuacin

, sustituyendo P= /120. Entonces el resultado es

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

26/28

Al graficar la ecuacin de intensidad del campo elctrico se obtiene la figura de

intensidad relativa del campo elctrico para un dipolo elemental, que se ve en la

fig. 1b. Se aprecia que la radiacin es mxima en ngulo recto con el dipolo, y

baja a cero en los extremos.

F I G U R A 1 (a) Doblete elemental; (b) grfica de radiacin relativa

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

27/28

Dipolo de media ondaEl dipolo lineal de media onda es una clase de antena entre las ms usadas

para frecuencias mayores de 2 MHz. A frecuencias menores que 2 MHz, la

longitud fsica de una antena de media onda la hace prohibitiva. Al dipolo de

media onda se le llama en general antena de Hertz, en honor de Heinrich Hertz,quien fue el primero en demostrar la existencia de las ondas electromagnticas.

Una antena de Hertz es una antena resonante. Esto es, tiene un mltiplo de

cuartos de longitud de onda de largo, y tiene circuito abierto en los extremos

lejanos. A lo largo de una antena resonante se desarrollan ondas estacionarias

de voltaje y corriente. La fig. 2 muestra las distribuciones idealizadas de

corriente y voltaje a lo largo de un dipolo de media onda.

FIGURA 2 Distribucionesidealizadas de voltaje y de

corriente a lo largo de undipolo de media onda

7/26/2019 ANTENAS-AP2- 2

28/28

suponiendo que el punto de alimentacin est en el centro de la antena, la

impedancia de entrada es Emn/Imn, y tiene valor mnimo. La impedancia en los

extremos de la antena es Emx/Imx, y tiene valor mximo. La fig. 3 muestra la

curva de impedancia en un dipolo de media onda alimentado en el centro. La

impedancia vara desde un valor mximo en los extremos, de aproximadamente

2500 ,hasta un mnimo en el punto de alimentacin, de unos 73 , de los cuales,entre 68 y 70 es la resistencia de radiacin.

F I G U R A 3 Curva de impedancia para un dipolo de media onda con alimentacin

central