DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MEDIOS DE TRANSMISIÓN - PREINFORME ANTENAS LINEALES - NOVIEMBRE 2008 1

ANTENAS LINEALESLuís F. De La Hoz, María I. Dovale, Franklin Oliveros, Álvaro Ulloa

División de IngenieríasUniversidad del Norte

Barranquilla

Abstract— Una antena es sistema conductor metálico capaz deradiar y recibir ondas electromagnéticas. Una antena se comola interfase entre un transmisor y el espacio libre o el espaciolibre y un telerreceptor. Una antena acopla energía de la salidade un transmisor a la de la tierra o de la atmosfera de la tierraa un receptor y además es un dispositivo reciproco pasivo, yse dice pasivo en cuanto no puede amplificar una señal o porlo menos no en el sentido real de la palabra, mas sin embargoesta puede tener ganancia y la antena es reciproca en cuanto aque las características de transmisión y recepción de una antenason idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación alelemento de las antenas se limitan a la modificación del patrónde transmisión.

I. EXPLIQUE BREVEMENTE CADA UNO DE LOS

PRINCIPALES PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN A LAS

ANTENAS.

Patrón De RadiaciónEs un diagrama tridimensional de la radiación de la antena

en un campo lejano.

Intensidad De RadiaciónDefinida como la potencia promedio por el cuadrado de la

distancia.

Ganancia DirectivaEs una medida de la concentración de la potencia radiada

en una dirección particular.

DirectividadEs la razón de la intensidad de radiación máxima a la

intensidad de radiación promedio.

Ganancia De PotenciaSe relaciona con la ganancia directiva, pero a diferencia esta

tiene en la perdida óhmica de potencia de la antena. A partir deestas dos ganancias o de la potencia radiada entre la potenciade entrada se puede encontrar la eficiencia de la radiación dela antena.

PolarizaciónEspecifica la orientación del campo eléctrico de la onda

electromagnética propagada desde una antena. Puede ser verti-cal (Perpendicular a la superficie de la tierra) o circular elíptica(el campo eléctrico forma un circulo o una elipse perpendiculara la dirección de propagación)

Ancho De BandaEs el rango de frecuencias sobre el cual las propiedades

de la antena permanecen satisfactorias para una aplicaciónparticular.

Ancho de Haz de Media PotenciaEn ancho de haz a 3dB de una antena se puede definir

dentro de un corte plano del diagrama de radiación que pasapor la directividad. En este plano el ancho de haz de 3dB esla distancia en grados o radianes que hay desde el punto a laizquierda y el punto a derecha del máximo que están 3dB pordebajo del mismo.

II. D ESCRIBA CADA UNA DE LAS DIFERENTES

CONFIGURACIONES DE ANTENAS LINEALES

Un dipolo es una antena con alimentación central empleadapara transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas an-tenas son las más simples desde el punto de vista teórico.Un dipolo de media onda es una antena formada por dosconductores de longitud total igual a la mitad de una longitudde onda. Hay que señalar que esa longitud de dipolo demedia onda no tiene nada de remarcable eléctricamente. Laimpedancia de la antena no corresponde ni a un máximo ni aun mínimo. Tampoco es real, aunque por una longitud próximade 0.46� la parte imaginaria pasa por cero. Hay que reconocerque la única particularidad de esa longitud es que las fórmulastrigonométricas se simplifican como por milagro, aunque síes cierto que presenta un diagrama de radiación bastanteuniforme en comparación con otras longitudes. Un dipoloplegado Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequeña partedel extremo parcialmente plegada. Eso hace que se economiceespacio, a costa de sacrificar parcialmente la eficiencia deldipolo.

La antena de Yagi es una antena direccional inventada por elDr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y suayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al nombre Yagi-Uda).Esta invención "de quitar la tierra" a las ya convencionalesantenas (groundbreaking), produjo que mediante una estruc-tura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos,conocidos como reflector y directores, logró construir unaantena de muy alto rendimiento. La invención del Dr. Yagi(patentada en 1926) no fue usado en Japón en un principio.Sin embargo fue aceptada en Europa y Norteamérica, en dondese incorporó a la producción comercial, de los sistemas de

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difusión, TV y otros. El uso de esta antena en Japón solocomenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial,cuando fue descubierto que la invención de Yagi, era utilizadacomo antena de radar por los ejércitos aliados.

Los diferentes elementos que forman esta antena:1. Elemento conductor(radiador/captador). Este es el ele-

mento que capta o emite las señales.

2. Reflectores. Estas dos varillas actúan reflejando las ondasen la dirección del elemento conductor.

3. Directores o guías de ondas. Estas varillas, de longitudprogresivamente menor alejándose del conductor y espaciadasa distancias precisas, hacen que la onda siga el camino correctohasta llegar al elemento conductor. También influyen sobre laimpedancia de la antena.

III. D ESCRIBA CADA UNA DE LAS DIFERENTES

CONFIGURACIONES DE ANTENAS LINEALES

Un dipolo es una antena con alimentación central empleadapara transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas an-tenas son las más simples desde el punto de vista teórico.Un dipolo de media onda es una antena formada por dosconductores de longitud total igual a la mitad de una longitudde onda. Hay que señalar que esa longitud de dipolo demedia onda no tiene nada de remarcable eléctricamente. Laimpedancia de la antena no corresponde ni a un máximo ni aun mínimo. Tampoco es real, aunque por una longitud próximade 0.46LANMDA la parte imaginaria pasa por cero. Hay quereconocer que la única particularidad de esa longitud es quelas fórmulas trigonométricas se simplifican como por milagro,aunque sí es cierto que presenta un diagrama de radiaciónbastante uniforme en comparación con otras longitudes. Undipolo plegado Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequeñaparte del extremo parcialmente plegada. Eso hace que se eco-nomice espacio, a costa de sacrificar parcialmente la eficienciadel dipolo.

La antena de Yagi es una antena direccional inventada por elDr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y suayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al nombre Yagi-Uda).Esta invención "de quitar la tierra" a las ya convencionales

antenas (groundbreaking), produjo que mediante una estruc-tura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos,conocidos como reflector y directores, logró construir unaantena de muy alto rendimiento. La invención del Dr. Yagi(patentada en 1926) no fue usado en Japón en un principio.Sin embargo fue aceptada en Europa y Norteamérica, en dondese incorporó a la producción comercial, de los sistemas dedifusión, TV y otros. El uso de esta antena en Japón solocomenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial,cuando fue descubierto que la invención de Yagi, era utilizadacomo antena de radar por los ejércitos aliados.

IV. QUE FUNCIÓN CUMPLEN LOS DIRECTORES Y EL

REFLECTOR EN UNA ANTENA YAGUI

Los diferentes elementos que forman esta antena:1. Elemento conductor(radiador/captador). Este es el ele-

mento que capta o emite las señales.

2. Reflectores. Estas dos varillas actúan reflejando las ondasen la dirección del elemento conductor.

3. Directores o guías de ondas. Estas varillas, de longitudprogresivamente menor alejándose del conductor y espaciadasa distancias precisas, hacen que la onda siga el camino correctohasta llegar al elemento conductor. También influyen sobre laimpedancia de la antena.

V. M ENCIONE CUÁLES SON LAS APLICACIONES

PRÁCTICAS PARA CADA TIPO DE ANTENA LINEAL

Las antenas de alambre lineales o curvas, son de las másantiguas, más básica onfiguración y económicas, y en muchoscasos son las más versátiles para muchas plicaciones. Lasantenas lineales existen de varios tipos como dipolos (aquellasque onstan de dos alambres rectos tendidos a lo largo delmismo eje) de media onda (cuya ongitud es�=2), dipolomonopolar de�=4 (que consta básicamente en la mitad deuna ntena de media onda situada en un plano conductor atierra), antenas Yagi, antenas de ipolo plegado. Las antenasYagi que se emplean en la práctica para la recepción deseñales de TVsuelen tener un dipolo doble como elementode alimentación, Se utiliza en bandas HF, VHF y UHFpara aplicaciones de radiodifusión, de televisión, radio-enlacespunto a punto y en estaciones de radioaficionados.

VI. QUÉ IMPORTANCIA TIENE MEDIR LOS PARÁMETROS

DE LAS ANTENAS EN EL CAMPO LEJANO

El campo de radiación que se encuentra cerca de una antenano es igual que el campo de radiación que se encuentra agran distancia. El termino campo cercano se refiere al patrónde campo que esta cerca de la antena, y el termino campolejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia.Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde unaantena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmenteen el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la

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potencia que esta en el campo cercano regresa a la antena. Estaacción es similar a la forma en que un inductor guarda y sueltaenergía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo deinducción. La potencia que alcanza el campo lejano continuairradiando lejos y nunca regresa a la antena por lo tanto elcampo lejano se llama campo de radiación. La potencia deradiación, por lo general es la mas importante de las dos-,por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, porlo regular se dan para el campo lejano. El campo cercano sedefine como el área dentro de una distanciaR = 2D2

l de laantena, en donde l es la longitud de onda y D el diámetro dela antena en las mismas unidades.

VII. QUÉ DIFERENCIA EXISTE ENTRE UNA ANTENA

ISOTRÓPICA Y UNA OMNIDIRECCIONAL

Cuando la radiación de una antena es omnidireccional, estoesto significa que radia por igual en todas las direcciones delplano horizontal, pero el uso habitual hace que una antenaomnidireccional no emita exactamente en todas direcciones,sino que tiene una zona donde irradia energía por igual(por ejemplo el plano horizontal). Por ejemplo no nos puedeinteresar emitir o recibir señal de la parte que está exactamenteencima de la antena, imaginémonos la antena de radio delcoche: difícilmente tendremos la fuente de señal exactamenteencima de la antena, así que favorecemos la emisión o recep-ción en otras direcciones (como puede ser el plano horizontal)en detrimento de otras (el plano vertical), mientras que en unaantena instropica la cantidad de energía radiada es exactamentela misma en todas las direcciones, Esto nos indica que estaantena podrá enviar o recibir señal con las mismas condicionesesté en la posición que esté.