II ANTENAS

INTRODUCCION.Las antenas son transductores que permiten la transmisin de informacin a travs del aire mediante ondas electromagnticas (OEM).Las OEM se propagan a travs 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 reflexin en la ionosfera.Las de alta frecuencia se propagan mediante haces rectilneos (como la luz) de un extremo a otro.

FIG. 1Propagacin de las ondas de radio.

Las OEM tienen su origen en el movimiento de cargas elctricas (electrones) en un conductor abierto, llamado ANTENA.Los electrones inducen un campo elctrico con idnticas caractersticas que las ondas de voltaje y corriente que lo originaron.A su vez, el campo elctrico induce un campo magntico perpendicular a l, y con caractersticas idnticas a las ondas de voltaje y corriente originales.Ambos campos son radiados en una direccin perpendicular a ellos, llamndose a esto: Ondas Electromagnticas (OEM).

Estas OEM viajan por el espacio libre, el aire y por muchos otros materiales, variando la velocidad de propagacin dependiendo del factor de velocidad, k, el cual depende del material.

V = kCdonde C = 3 x 108 m/s, que es la velocidad de la luz (y de las OEM) en el vaco.

Por lo tanto en el vaco, 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 propagacin 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 vaco.Se puede decir que las OEM se propagan por el dielctrico con permitividad relativa er, guiada por los conductores.La relacin entre los campos elctrico y magntico de una OEM es muy similar a la relacin de voltaje y corriente en un circuito elctrico:La Ley de Ohm establece que: Z = V / IDonde: Z = impedancia en ohms.V = voltaje en volts.I = corriente en amperes.

La Ley de Ohm aplicada a las OEM:Z = E / HDonde: Z = impedancia del medio en ohms.E = intensidad de campo elctrico en V/mH = intensidad de campo magntico en A/m

Para un medio sin prdida, por ejemplo, en el vaco:Z = m / e

Donde:m = permeabilidad del medio en Henrios/me = permitividad del medio en Faradios/mPara el espacio libre: mo = 4px10-7 H/meo = 8.854x10-12 F/mEntonces la impedancia en el espacio libre es:Zo = mo / eo = 377 W

La relacin 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 magntico es:Z = 377 / er

De igual manera, la potencia en un circuito elctrico es:P = V2 / REn una OEM, la potencia es:PD = E2 / ZDonde:PD = Densidad de Potencia en W/m2E = Intensidad de campo elctrico, en V/mZ = Impedancia del medio en W.

2.1 Patrn de RadiacinCuando se trata de transmitir informacin utilizando el aire, por medio de Ondas Electromagnticas, es necesario utilizar una AntenaLa antena en un transmisor es un transductor o dispositivo que convierte las oscilaciones de voltaje y/o corriente en variaciones de Campo Elctrico y Campo Magntico.La antena genera Ondas Electromagnticas (OEM) cuya forma de onda y frecuencia de oscilacin es la misma que las del voltaje y/o corriente que las producen.

Antena de Transmisin OEMemitidaFIG. 2.1-1Antena de Transmisin.

Antena de RecepcinLas antenas se usan tanto para Transmisin, que es el caso descrito anteriormente, como para Recepcin, donde las OEM son captadas por la antena y sta acta como un transductor que convierte las OEM en una seal elctrica, induciendo una corriente, que es entregada a la Lnea de Transmisin la cual a su vez funciona como un acoplador de impedancias hacia las siguientes etapas del Receptor.

Antena de RecepcinOEM incidente ReceptorFIG. 2.1-2Antena de Recepcin.

Seal enviada por aire usando OEMCuando se desea enviar a travs del aire una seal de informacin, que puede ser audio, video o datos, la seal se ver afectada por diversos factores que la alterarn, como :AtenuacinDistorsinRuidoLa seal recibida es afectada en su :Forma de onda.Frecuencia (o fase)

Para usar antenas es necesario emplear la: Modulacinla cual se define como:Trasladar la seal de informacin a un espectro de alta frecuencia donde se encuentra la seal de Portadora, siendo sta seal la que se encargar de viajar a travs del aire en forma de OEM y que contiene a la informacin en cuestin. Montar la seal de informacin sobre una seal 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, sta se encarga de radiarla al aire convirtindola en una OEM, la cual se de desplazar desde el Transmisor, a travs del aire, hasta el Receptor que se encuentra distante.

Dimensiones Fsicas de la AntenaLas dimensiones fsicas de este elemento estn directamente relacionadas con la longitud de onda (l) de la seal de portadora que se desea transmitir, siendo esta relacin :1 l l l de la seal de portadora de R.F. o de mO. La eleccin depender de varios factores, entre otros, de la posibilidad de realizar fsicamente sta antena.

Onda Electromagntica (OEM)Frecuencia = 1 ciclo / 1 segundo = 1 Hertz = 1 HzTPeriodo de 1 segt(seg)F(t)FIG. 2.1-3 Periodo de una OEM con frecuencia de 1 Hz.

Onda Electromagntica (OEM)T=0.5 segT=0.5 seg1 segF(t)t(seg)Frecuencia(f) = 2 ciclo / 1 segundo = 2 Hertz = 2 HzFIG. 2.1-4 Periodo de una OEM con una frecuencia de 2Hz.

Periodo, Frecuencia y Velocidad de propagacin de una onda.La relacin 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, est relacionada con su velocidad de propagacin y con su frecuencia :l = v / fmLa velocidad de propagacin (v) de una onda en el vaco (o el aire) es c = 3 x 108 m/s, quedando la ecuacin como : l = c / f m

Ejemplo para enviar a travs del aire una seal de audio, limitada en frecuencia a 15 KHz mediante un filtro pasa bajas, suponiendo que la onda viajar a la velocidad de la OEM en el vaco, la longitud de onda de esta seal ser :l = c / f = 3 x 108 m/s / 15 x 103 1/s = 20,000 m tomando el criterio de que la longitud fsica de la antena sea de longitud de onda : H = l / 4 = 20,000 m/4 = 5000 m longitud de la antena de 5 Km. !!!!!

EjemploLa anterior no es una antena fsicamente realizable, se propone usar una seal de portadora de R.F. de 1 MHz, entonces la longitud fsica de la antena quedar en l = c / f = 3 x 108 m/s / 1 x 106 1/s = 300 m H = l / 4 = 300 m / 4 = 75 m Ser la longitud de la antena, la cual es fsicamente es realizable y que es tpica de una antena de transmisin de una estacin comercial de radio de Amplitud Modulada (A.M.).

Longitud Fsica de la AntenaH = l / 4FIG. 2.1-5

Longitud fsica de una antena de Transmisin en funcin a la longitud de onda de la seal a transmitir.

L. de T. en corto como una Antena

FIG. 2.1-6 Una Lnea de Transmisin cortocircuitada de un de longitud de onda que acta como un circuito resonante paralelo, es decir como una antena que radia OEM.

L. de T. de 1/2 y 1/4 de lFIG. 2.1-7a Lneas de transmisin en corto circuito de l/2 y en circuito abierto de l/4 actuando comoantenas.

FIG. 2.1-7b Lneas de transmisin en corto circuito de l/4 y como se convierte en una antena dipolo de dos elementos.

Antena del Transmisor INFORMACIN(Audio, Video , Datos)MODULACIONAMPLIFICACIN, FILTRADO Y ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIASOSCILADOR DE PORTADORALINEA DE TRANSMISIONANTENAOEMFIG. 2.1-8Diagrama de un Transmisor

Antena del ReceptorOEMFILTRADO, ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS Y AMPLIFICACIN DE RF

DEMODULACIONINFORMACIN(Audio, Video, Datos)ANTENALINEA DE TRANSMISIONFIG. 2.1-9Diagrama de un Receptor.

Parmetros de una Antena- Diagrama Polar (En coordenadas Polares).- Diagrama de Radiacin (En coordenadas Cartesianas).- Ancho del Haz.- Polarizacin.- Ancho de Banda.- Impedancia.- Caractersticas Mecnicas: Dimensiones, Materiales, Soportes, etc.

Diagrama PolarLa antena emite (o recibe) OEM, el anlisis de la intensidad o potencia de la OEM en un punto distante de la antena ser indicativo de la regin en el espacio en el que la OEM podr 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 variacin del campo elctrico (o magntico) de la OEM en funcin del ngulo q y de la distancia R, desde la antena hasta el punto P de inters donde se desea saber cual es la potencia de la OEM.

Diagrama PolarqRPANTENAFIG. 2.1-10Diagrama Polar de una Antena.

FIG. 2.1-11Ejemplo de un Diagrama de Radiacin Polar de una antena.Radicacin Frontal o PrincipalLbulo PrincipalNulosLbulos LateralesRadiacin Posterior

El ejemplo del Diagrama de Radiacin Polar mostrado anteriormente, en realidad es tridimensional, pero se representa en la figura en 2 planos: vertical y horizontal, correspondientes al plano de elevacin y al plano azimutal. En la misma figura se observan varios componentes del diagrama de radiacin polar como :Diagrama Polar

Lbulo Principal : es el espacio donde se concentra la mayor cantidad de energa radiada por una antena de transmisin; es donde se deber colocar la(s) antena(s) de recepcin para capturar la energa emitida.Lbulo Lateral : son prdidas de energa de una antena de transmisin, en estos espacios se radia energa que debera estar en el Lbulo Principal. Una antena de alta eficiencia tiene pocos Lbulos Laterales y una ideal no los tiene, es decir, que el 100 % de la energa entregada por el transmisor se radia en una direccin determinada por el Lbulo Principal.Diagrama Polar

Nulos : Son espacios donde no se tiene disponible energa radiada por la antena de transmisin y ah no es conveniente colocar antena(s) de recepcin.Radiacin Frontal o principal : es la direccin hacia donde se dirige el Lbulo Principal.Radiacin Posterior : es la direccin opuesta hacia donde se dirige el Lbulo Principal.

Diagrama Polar

Patrn de Radiacin o Diagrama PolarEl diagrama de radiacin polar mostrado en el ejemplo anterior se refiere a una antena que transmite hacia una sola direccin, sin embargo hay otros tipos de antenas que tienen diagramas de radiacin distintos al mostrado.Puede haber antenas que radien hacia 2 lados o hacia 4 lados.O hacia todas direcciones, conocindose a sta ltima como antena Omnidereccional y tendr un diagrama de radiacin circular (esfrico) el cual es ideal, ya que en la realidad no se puede logar este patrn de radiacin.

FIG. 2.1-12Diagrama de Radiacin Polar de una antena isotrpica (ideal).

Ancho del Haz En la figura 2.1-11 se observ que el Ancho del Haz es la parte ms ancha del Lbulo Principal en donde la energa mxima radiada (Campo Elctrico o Campo Magntico mximos) decae 3 dB en la direccin del Lbulo Principal. Se observa que sta direccin es donde se encuentra q = 0.

DIAGRAMA DE RADIACION (En coordenadas cartesianas):Este diagrama de radiacin es una forma alterna al diagrama de radiacin polar. El ancho del haz se da cuando la energa mxima radiada decae 3 dB del valor mximo, esto es, que decae un 70 % del valor mximo.E (dB)Ancho del HazEmax

- 3 dBLbulo PrincipalLbulos LateralesNulosFIG. 2.1-13Diagrama de Radiacin en coordenadas cartesianas de una antena.

2.2Tipos y Caractersticas

Antena DipoloDIPOLO IDEALDIAGRAMA DE RADIACIN POLAR CIRCULARFIG. 2.2-1Antena Dipolo Isotrpica con patrn de radiacin Omnidireccional (Ideal).

Antena DipoloDIPOLOLBULOS PRINCIPALESq = 0 FIG. 2.2-2Diagrama de Radiacin Polar real de un Dipolo sencillo.

Antena DipoloFIG. 2.2-3 Diagrama de Radiacin Polar de una antena dipolo de media onda.

Antena DipoloLa antena dipolo real posee, adems de los dos lbulos principales, varios pequeos lbulos laterales que representan prdidas de energa radiada hacia puntos del espacio donde no se necesita recibir seal del transmisor. El dipolo se puede construir de un conductor de cobre o de aluminio y su dimetro puede ser del tamao que requiera la aplicacin en particular.

Antena DipoloUna 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 tendr un patrn de radiacin polar real con dos lbulos principales y varios pequeos lbulos laterales entre los lbulos principales.

Antena DipoloFIG. 2.2-4Diagrama de Radiacin Real de un dipolo.LBULOS PRINCIPALESLBULOS LATERALES

Antena Dipolo CerradoPara que el dipolo se parezca a una antena Isotrpica que radie en todas direcciones se modifica el diagrama de radiacin polar achatando los lbulos principales e incrementando el tamao de los lbulos 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 ms 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 s mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el vaco es de 73 Ohm. El dipolo doblado es, en esencia, una antena nica 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 CerradoLa antena dipolo cerrado se puede fabricar de una lnea de transmisin paralela unidos en ambos extremos y separados por el dielctrico, uno de los conductores se abre en el centro y se conecta a una lnea de transmisin balanceada, es decir que tenga la misma impedancia de la antena dipolo.

FIG. 2.2-5b Antena Dipolo Doblado o Plegado.Antena Dipolo Cerrado

Antena Dipolo CerradoFIG. 2.2-6Diagrama de radicacin polar, aproximado, del dipolo cerrado.

Antena Dipolo con Elementos PasivosPara hacer ms directiva una antena, es decir, que se haga crecer uno de los lbulos principales del dipolo, a ste se le agregan otros elementos, llamados elementos pasivos, que modificarn su diagrama de radiacin, cumplindose esto tanto para antenas de transmisin como de recepcin

Antena Dipolo con DirectorELEMENTO EXCITADO (DIPOLO)ELEMENTO PARASITO O PASIVO (DIRECTOR)SOPORTE AISLANTELINEA DE TRASMISIONFIG. 2.2-7Antena dipolo con elemento director pasivo.

Antena Dipolo con DirectorLa longitud del dipolo, elemento excitado, es H que puede ser de l, mientras que la longitud del elemento pasivo, llamado director, es 5 % ms corto que el dipolo, es decir :HDIPOLO = l l, entonces :

HDIRECTOR = H 5 %

Antena Dipolo con DirectorLa funcin del elemento director es recibir las OEM radiadas por el dipolo, y por induccin generar una corriente de caractersticas idnticas a la OEM incidente y como acta como una antena, radia una OEM idntica a la incidente, agregndose a sta, produciendo un diagrama de radiacin polar alargado hacia la direccin de propagacin, como se muestra en la siguiente figura :

Antena Dipolo con DirectorLBULOS PRINCIPALESLBULOS LATERALESFIG. 2.2-8Diagrama de radiacin de un dipolo con elemento director.

Antena Dipolo con Director y ReflectorSi se desea hacer ms directiva a la antena tipo dipolo, es decir, que tenga un lbulo principal hacia una direccin determinada y disminuir casi a la categora de lbulo lateral al otro lbulo principal, se deber agregar otro elemento pasivo llamado Reflector, el cual recibir las OEM del dipolo y las reflejar en sentido contrario agregndose a la OEM principal generada por el dipolo y el elemento director. Vea la siguiente figura :

Antena Dipolo con Director y ReflectorREFLECTOR

DIPOLO

DIRECTORSOPORTE AISLANTE

LINEA DE TRANSMISIONFIG. 2.2-9Antena dipolo con elementos reflector y director.0.15l0.10l

Antena Dipolo con Director y ReflectorLa longitud del elemento reflector deber ser 5 % mayor a la longitud del dipolo :HDIPOLO = l l entonces : HREFLECTOR = H + 5 %HDIRECTOR = H 5 %El diagrama de radiacin polar se ver de la siguiente manera :

Antena Dipolo con Director y ReflectorLBULOS LATERALESLBULO PRINCIPALFIG. 2.2-10Diagrama de una antena dipolo con elementos reflector y director.

Antena Tipo YAGIFIG. 2.2-11

Antena Tipo YAGISe recomienda que la separacin entre el reflector y el dipolo sea de 0.15l.La separacin entre el dipolo y el director sea de 0.1l.Si se quiere que el lbulo principal sea todava ms alargado, es decir, hacer ms directiva la antena se pueden agregar varios elementos directores adicionales y cada vez de menor tamao.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 direccin especfica. A estas antenas se les conoce como antena tipo Yagi.

Antena LogartmicaLa siguiente figura muestra la antena logartmica peridica (logoperidica) muy utilizada para recepcin de seales de televisin.Se utiliza para recibir varias seales de portadora de diferentes canales de televisin. Est formada por dipolos con una longitud de por lo menos media longitud de onda para el ms largo a la frecuencia de operacin mnima y menos de media longitud de onda para el ms corto a la mayor frecuencia operacin.

Antena Logartmica FIG. 2.2-12a Antena Logartmica.

Una antena de tipo logoperidica es una antena cuyos parmetros de impedancia o de radiacin son una funcin peridica del logaritmo de la frecuencia de operacin. El diseo de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separacin que se van multiplicando por una constante. Una de los diseos ms conocidos es la agrupacin logoperidica de dipolos. FIG. 2.2-12bAntena Logartmica o Logoperdica.

Diagrama de radiacin de una antena logoperidica. FIG. 2.2-12c

FIG. 2.213 Antena Monopolar Vertical y su Diagrama de radiacin polar.Antena Monopolar Vertical

Factor de Calidad QUna medida del comportamiento de una antena es el Factor de Calidad, el cual se define as :Factor de Calidad :Q = f / BW f = frecuencia en Hz. BW = Ancho de Banda en Hz.

ResonanciaUna antena entra en resonancia a la frecuencia de funcionamiento si su longitud fsica es tal que permite acomodar un nmero entero de ondas estacionarias de voltaje y corriente, cuando su longitud es un nmero exacto de media longitud de onda de dicha frecuencia.Longitud (m ) = 150 (N 0.05) / f f = frecuencia en MHz N = nmero de l que caben en la antena.

ResonanciaEn la figura siguiente se observa como las ondas de voltaje y de corriente que inducirn una OEM con sus mismas caractersticas de frecuencia y forma de onda se acomodan en un segmento de antena dipolo de l o de una l, produciendo la resonancia que asegura la mxima eficiencia de la antena. En cambio, si el segmento de antena no puede acomodar un nmero exacto de longitudes de onda de voltaje y de corriente, la antena pierde eficiencia pues ya no entrar en resonancia y por lo tanto habr prdidas de potencia radiada

Resonancia V IV IDIPOLOl/2lFIG. 2.2-14 Dipolo de 1/2 l y l en resonancia.

Antenas ParablicasSe utilizan en sistemas de comunicaciones con microondas y en radar, se les conoce como antenas de microondas o reflectores parablicos, su forma fsica es la de una parbola, aunque las hay tambin de forma semiparablica. En transmisin, la seal originada en un punto llamado foco se refleja en la superficie parablica generando haces de OEM rectilneos y paralelos al eje de la parbola, en recepcin las OEM que llegan a la parbola se reflejan hacia el foco.

Antenas ParablicasLa condicin es que sobre el plano perpendicular al eje principal los haces reflejados deben de estar en fase de tal manera que la energa radiada viaje en forma paralela y en fase hacia la antena receptora. Vea la siguiente figura :

Antena de MicroondasANTENA PARABOLICAPLANO PERPENDICULAR AL EJE EJE PRINCIPALEJE FOCALFOCOFIG. 2.2-15 Antena Parablica para microondas.

Antena de Microondas de TxEn una antena de transmisin el alimentador, que recibe la seal elctrica del equipo transmisor, se coloca en el foco de la parbola para asegurar que la energa radiada llegue a la superficie de la parbola y de sta se radie al exterior, en direccin del eje principal. Habr algunas prdidas por la obstruccin del mismo alimentador y por la energa electromagntica que se pierde en los bordes de la parbola. Estas dos prdidas son, aproximadamente, un 10 % de la energa total que sale del alimentador.

Antena de Microondas de RxEn las antenas de recepcin, la energa proveniente de la antena transmisora llega a la superficie de la parbola y de sta se refleja hacia el foco, donde se coloca el elemento transductor que convierte las OEM en una corriente elctrica o bien se coloca una Gua de Onda que se encarga de recibir la OEM de la parbola y as, en forma de OEM, se traslada hacia el receptor donde se encuentra el transductor que la convierte en una seal elctrica. Tambin en este caso hay aproximadamente una prdida del 10 % de la energa que le llega a la antena parablica.

FIG.2.2-16 Antena Parablica de Tx y de Rx.

El diagrama de radiacin polar de una antena parablica 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 LBULOS LATERALESLBULO PRINCIPALTxRxFIG. 2.2-17Diagrama de radicacin de una antena parablica.

Ancho del Haz q = 70l / D donde :q = apertura del haz en grados a 3 dB del valor mximo de potencia radiada.l = longitud de onda de la seal.D = dimetro del plato parablico.

Ganancia de la Antena Parablica G = np2D2 / l2donde :G = ganancia como una razn de potencias.D = dimetro del plato parablico.l = longitud de onda de la seal.n = factor de eficiencia de la antena, que toma valores entre 0 y 1.

Antena Tipo CuernoFIG. 2.2-18Diagrama de Antena tipo Cuerno Bsica.

Antena Tipo CuernoFIG. 2.2-19Dimensiones de la antena tipo cuerno.

Antena Tipo CuernoDe la figura anterior :L = LongitudH = Altura= Longitud de Onda

L = H2 / 2l

FIG. 2.2-20

Varias Antenas Tipo cuerno

Antena Tipo Cuerno

Ancho del HazLa grfica del Ancho del Haz que se observa en la siguiente figura, 2.2-21, es muy til para visualizar el comportamiento de la antena parablica ya que muestra la ganancia con respecto a la amplitud del haz de la antena en grados, es decir, que tan ancho es el lbulo principal donde se encuentra la mejor respuesta de la antena, sea sta de recepcin o de transmisin.

Diagrama de RadiacinFIG. 2.2-21 Ancho del Haz y ganancia de una antena parablica.

Ancho del HazSe 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 recepcin o de transmisin, segn sea el caso) para obtener una mejor captacin o radiacin de la seal. A este diagrama tambin se le llama Diagrama de Radiacin en coordenadas cartesianas, donde el eje x est en grados y el eje y es la ganancia en decibeles (dB).

Diagrama de Radiacin VerticalFIG. 2.2-22 Grfica de Directividad Verticalde una antena parablica.

Diagrama de Radiacin VerticalEstos diagramas de radiacin muestran el comportamiento de la antena en el plano horizontal, sin embargo la seal radiada por una antena es de naturaleza tridimensional, entonces es til usar un diagrama que muestre el patrn de radiacin vertical, el cual tambin 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 FIG. 2.2-23 (a) Alimentador de gua de onda y cuerno (b) Alimentador tipo Cassegrain.(a)(b)

2.3GANANCIAPara conocer la ganancia de una antena bajo estudio se compara con una antena ideal, conocida como antena ISOTROPICA cuyo diagrama de radiacin es perfectamente circular. La ganancia, G, de una antena es el producto de la ganancia activa o directiva (sin prdidas), 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

FIG. 2.3-1

PIN es la Potencia de entrada a la antena (Potencia Elctrica) la cual se convierte en una Potencia Electromagntica (PRAD) que es radiada hacia el espacio en forma de una Onda Electromagntica (OEM).PRADPIN

Potencia Total EmitidaLa potencia total emitida por una antena de transmisin se puede obtener de la potencia generada por un elemento de corriente I :P = I2 80p2 (L/l)2 WattsI = elemento de corriente por el que circula la corriente I.L = Longitud del elemento de corriente.l = Longitud de onda de la seal de corriente.

Potencia Total EmitidaDe la frmula anterior se obtiene que la parte 80p2 (L/l)2 tiene las dimensiones de una resistencia, que se llama Resistencia de Radiacin de la antena y que es funcin de la longitud elctrica L/l del elemento de corriente. Quedando la ecuacin : P = I2RRAD o de otra forma RRAD = P / I2

La corriente que circula por el elemento de corriente induce un campo magntico y ste lleva asociado un campo elctrico, resultando en un desplazamiento de energa electromagntica que se aleja del elemento de corriente que la gener. La potencia radiada estar en funcin de la Densidad de Corriente y de la Resistencia de Radiacin de la antena.

Elemento de corriente de longitud L portador de una corriente I.Punto P donde se desea conocer la potencia radiada.ZrFIG. 2.3-2Elemento de corriente que genera una potencia radiada y analizada en el punto P.

Impedancia y Ancho de BandaANTENA RESONANTE : tiene una dimensin fsica de 1, de l de la seal a transmitir (o a recibir);en este caso la impedancia y el ancho de banda de la antena varan notablemente con una pequea variacin en la frecuencia (o l) de la seal a transmitir (o a recibir).

Antena ResonanteA 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 energa que le llega a la antena se radia al exterior (si es de transmisin, sucediendo algo anlogo si es de recepcin).

Antena ResonanteLa 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 especfica o a un pequeo intervalo de frecuencias, conocindose a estas antenas como de Banda Angosta.

Impedancia y Ancho de BandaANTENA NO RESONANTE : se utilizan para operar a varias frecuencias, entonces su impedancia y el ancho de banda varan con respecto a la frecuencia (longitud de onda) de la seal a transmitir (o a recibir) de tal forma que su ancho de banda es mas grande, es decir, puede recibir varias frecuencias de portadora, conocindose como antenas de Banda Ancha y su impedancia poseer algunos componentes reactivos, lo que hace que disminuya su eficiencia.

FIG. 2.3-3En esta figura se observa que si la antena transmite (o recibe) una seal cuya frecuencia tenga una longitud de onda igual a l actuar como una antena resonante, de lo contrario, si la longitud de onda es diferente a estos valores la antena actuar como una no resonante.PINPRAD

Densidad de Potencia de la Antena de Transmisin :

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 = rea efectiva de la antena receptoraPD = densidad de potencia que llega al receptor.

2.4 POLARIZACION

PolarizacinSe observa en la siguiente figura 2.4-1 que la Polarizacin de una antena depende de su posicin con respecto al plano donde esta colocada, la direccin de propagacin es la misma pero la posicin (polarizacin) del campo elctrico es diferente segn se coloque la antena con respecto al plano horizontal. Esto es muy til cuando se desean recibir dos seales diferentes con la misma antena de recepcin, una seal polarizada horizontalmente se recibir por medio de un elemento horizontal y una seal polarizada verticalmente se recibir por medio de un elemento vertical.

FIG. 2.4-1Polarizacin de una OEM segn la posicin de la antena con respecto al plano donde est colocada.

Por ejemplo, la propagacin de ondas superficial requiere de polarizacin vertical.La polarizacin de la radiacin de un dipolo de media onda es la misma que el eje del alambre que forma la antena .

En los sistemas de comunicacin mvil y porttil generalmente se utiliza polarizacin vertical.

Hay Polarizacin :Vertical, Horizontal y Circular.