Antenas

Line Yasmín Becerra S.

Consideraciones generales sobre Antenas y Guías de onda.

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas.

Una Antena un sistema conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas.

Una Guía de onda es un tubo metálico conductor por medio del cual se propaga energía electromagnética de alta frecuencia por lo general entre una antena y un transmisor o un receptor o ambos.

Una Antena se utiliza como interfase entre un transmisor y el espacio libre o el espacio libre y el receptor.

Una guía de onda así como una línea de transmisión, se utiliza solo para interconectar eficientemente una antena con el transceptor.

Consideraciones generales sobre Antenas y Guías de onda.

Una antena acopla energía de la salida de un transmisor a la atmósfera de la tierra o de la atmósfera de la tierra a un receptor.

Las Antenas son dispositivos pasivos, por consiguiente la potencia de irradia una antena transmisora no es mayor que la potencia que entra desde el transmisor. De hecho es menor debido a las perdidas. Se habla de una ganancia de una ganancia de la antena, pero está ganancia en una dirección resulta de una concentración de potencia y va acompañada de una perdida en otras direcciones.

Las antenas son recíprocas, es decir el mismo diseño funciona igualmente bien como una antena transmisora o receptora y de hecho tiene la misma ganancia.

Parámetros de antenas en transmisión

Resistencia de radiación:No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte

en calor. La resistencia de radiación es una resistencia en ca y es igual a la relación de potencia radiada por la antena al cuadrado de la corriente en su punto de alimentación.

2I

PRr Rr = Resistencia de radiación (ohms).

P= Potencia radiada por la antena (Watts).

i=Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

Parámetros de antenas en transmisión

Eficiencia de Antena:Es la relación de la potencia radiada por la antena a la suma de la potencia radiada

y la potencia disipada o la relación de la potencia radiada por la antena con la potencia total de entrada.

Parámetros de antenas en transmisión

Eficiencia de Antena:

Parámetros de antenas en transmisión

Patrón de radiación: Es un diagrama polar que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad de campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P) se llama patrón de radiación absoluto.

Si se traza la intensidad de campo o la densidad de potencia en relación al valor de un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo.

Parámetros de antenas en transmisión

Parámetros de antenas en transmisión

Parámetros de antenas en transmisión

•Campos Cercanos y Lejanos

El campo de radiación que se encuentra cerca de la antena no es igual que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia.

Campo Cercano: se refiere al patrón de campo que se encuentra cerca de la antena.(Campo de inducción)

Campo lejano: se refiere al patrón de campo que se encuentra a gran distancia.(Campo de radiación)

El campo cercano se define como el área dentro de una distancia

De antena en donde λ, es la longitud de onda y D es el diámetro de la antena en las mismas unidades.

2D

Parámetros de antenas en transmisión

Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia Gananancia Directiva: Es la relación de la densidad de potencia radiada

en una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia.

La máxima ganancia directiva se llama directividad y es:

ef

PD

Pr D = Ganancia directiva (sin unidades)

P = Densidad de potencia en algún punto de una antena determinada (W/m2)

Pref = Densidad de potencia en el mismo punto de una antena de referencia (W/m2)

Parámetros de antenas en transmisión

Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia Ganancia de Potencia: Es igual que la potencia directiva excepto que se

utiliza el total de potencia que alimenta la antena (se toma en cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la de referencia no tiene perdidas (η=100%). La ganancia de potencia es:

DAp ef

PLogAp Pr

10

Parámetros de antenas en transmisión

Potencia radiada isotrópica efectiva(EIRP): Se define como una potencia de transmisión equivalente. Es la potencia equivalente que tendría que radiar una antena isotrópica para alcanzar la misma densidad de potencia en la dirección seleccionada en un punto de terminado como otra antena.

AtEIRP Pr Pr=Potencia total radiada (Watts)

At= Ganancia directiva de la antena transmisora.

LogAtLogdbmEIRP 10001.0

Pr10)(

pentrada APEIRP

Parámetros de antenas en transmisión

Potencia radiada isotrópicaefectiva(EIRP).

Para determinar la densidad de potencia en un punto determinado:

Las antenas son dispositivos recíprocos, por tanto, una antena tiene la misma ganancia de potencia y directividad, cuando se utiliza para recibir ondas electromagnéticas. La potencia recibida o capturada por una antena:

24

Pr

R

AtP

24

Pr

R

AtArC

C=Densidad de potencia (W/m2)

At=Ganancia de la antena transmisora

Ar=Ganancia de la antena receptora.

R=distancia entre las antenas en metros.

Parámetros de antenas en transmisión

Polarización de la Antena: Se refiere a la orientación del campo eléctrico radiado desde esta. Puede polarizarse en forma lineal ( por lo regular , polarizada en forma horizontal o vertical, suponiendo que los elementos de una antena se encuentran dentro de un plano vertical u horizontal), en forma elíptica o circular.

Ancho de Haz de la antena:Es la separación angular entre los puntos de media potencia (-3db) en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomado en uno de los planos principales.

Parámetros de antenas en transmisión Ancho de banda: Es el rango de frecuencias sobre las cuales la operación

de la antena es satisfactoria. Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada.

Impedancia de entrada: El punto en la antena donde se conecta la línea de transmisión se llama Terminal de entrada de la antena o punto de alimentación. El punto de alimentación presenta una carga en ca a la línea de transmisión llamada impedancia de entrada de la antena. Si la impedancia de salida del transmisor y la impedancia de entrada de la antena son iguales a la impedancia característica de la línea de transmisión, no habrá ondas estacionarias en la línea, y se transfiere la potencia máxima a la antena y se irradia.

Ii

EiZent

Zent= Impedancia de entrada de la antena.(Ohms)

Ei=Voltaje de entrada de la antena (volts)

Ii=Corriente de entrada de la antena (Amperes)

Ejercicios:

Si una antena transmisora tiene una ganancia directiva de At=10 y potencia radiada de Pr=100W determine:

a. EIRP

b. Densidad de potencia en un punto a 10 Km de distancia.

c. Densidad de potencia si se hubiera utilizado una antena isotrópica con la misma potencia de entrada y eficiencia.