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Antenas




Enviado por dmesen



    Indice.
    1.
    ¿Qué es una
    antena?


    3. Tipos de antenas
    4. Aplicaciones
    5. Características de
    radiación

    6.
    Bibliografía

    1. ¿Qué es una
    antena?

        La definición formal de una
    antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir
    ondas de radio. Convierte
    la onda guiada por la línea de transmisión (el
    cable o guía de onda) en ondas
    electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio
    libre.

        En realidad una antena es un trozo de
    material conductor al cual se le aplica una señal y esta
    es radiada por el espacio libre.

        Las antenas deben de
    dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección. Es decir, deben acentuar un solo
    aspecto de dirección y anular o mermar los
    demás. Esto es necesario ya que solo nos interesa radiar
    hacia una dirección determinada.

        Esto se puede explicar con un
    ejemplo, hablando de las antenas que
    llevan los satélites.
    Estas acentúan mucho la dirección hacia la tierra y
    anulan la de sentido contrario, puesto que lo que se quiere es
    comunicarse con la tierra y no
    mandar señales hacia el espacio.

        Las antenas también deben
    dotar a la onda radiada de una polarización. La
    polarización de una onda es la figura geométrica
    descrita, al transcurrir el tiempo, por el
    extremo del vector del campo
    eléctrico en un punto fijo del espacio en el plano
    perpendicular a la dirección de
    propagación.

        Para todas las ondas, esa figura es
    normalmente una elipse, pero hay dos casos particulares de
    interés
    y son cuando la figura trazada es un segmento,
    denominándose linealmente polarizada, y cuando la figura
    trazada es un círculo, denominándose circularmente
    polarizada.

        Una onda está polarizada
    circularmente o elípticamente a derechas si un observador
    viese a esa onda alejarse, y además viese girar al campo
    en el sentido de las agujas de un reloj. Lógicamente, si
    lo viese girar en sentido contrario, sería una onda
    polarizada circularmente o elípticamente a
    izquierdas.

    Distribución De Corriente En Una
    Antena

        Una antena, al ser un elemento de un
    circuito, tendrá una distribución de corrientes sobre ella
    misma. Esta distribución dependerá de la
    longitud que tenga la antena y del punto de alimentación de la
    misma.

        Una onda estacionaria es una onda que
    se crea cuando una señal se está propagando por un
    medio de transmisión y es reflejada por culpa de una mala
    adaptación o por culpa de un final de
    línea.

        Supongamos primero que tenemos una
    línea acabada en circuito abierto y alimentada en uno de
    sus extremos.

        En el momento de alimentar a esta
    línea de transmisión con una señal senoidal,
    se crea una onda que se propaga por la línea.

        Esta señal se irá
    repitiendo cada longitud de onda landa (una longitud de onda y no
    media longitud de onda) ya que es una señal senoidal y es
    periódica. Esto provoca que ahora tengamos una
    distribución de corrientes que no es constante y que
    varía en función de
    la longitud de onda landa.

        En la siguiente figura podemos ver
    una representación gráfica de como quedaría
    una distribución de corrientes en la línea que
    estamos tratando.

        Una vez que la onda llega al final de
    la línea, esta es reflejada al no poder
    continuar su camino, volviendo hacia el generador. Esta onda
    reflejada tiene un desfase de 90º respecto de la onda
    incidente, por lo que al sumarse con la onda incidente, tendremos
    puntos en donde la suma de un máximo y en donde de un
    mínimo. Esta suma de las dos ondas es la onda estacionaria
    que estamos buscando.

        Si en vez de estar acabada la
    línea en circuito abierto, estuviera acabada en corto
    circuito, también se reflejaría la onda, pero en
    vez de estar desfasada 90º, estaría desfasada
    180º. También se sumaría a la onda incidente y
    lógicamente también creará la onda
    estacionaria.

        En la figura anterior observamos como
    quedan la onda incidente, la reflejada y la estacionaria en la
    línea de transmisión que estamos
    tratando.

        Esta es la onda estacionaria que se
    crea en la línea. Para entenderlo mejor se suele
    representar el módulo de la intensidad, que sería
    lo que mediría un medidor de corriente de RF, y la
    tensión en la misma línea.

        Una cosa que no se ha comentado, pero
    que es muy importante, es la posición de los
    máximos y de los mínimos de una onda
    estacionaria.

        Al estar acabada la línea en
    un circuito abierto, en ese punto no podrá desplazarse la
    corriente, luego el módulo de la corriente en el extremo
    de la línea tendrá un mínimo. Por la misma
    razón, la tensión en ese punto tendrá un
    máximo, ya que hay máxima concentración de
    energía.

        Al ir variando la tensión y la
    intensidad en la línea, la impedancia también
    irá variando. Este detalle es importante puesto que una
    vez que tengamos diseñada nuestra antena, dependiendo del
    punto en el que la alimentemos, tendremos distinta impedancia.
    Así por ejemplo, si tenemos un cable de 50 ohmios para
    alimentar una antena, nos interesará alimentarla por un
    punto que presente impedancia cercana a 50 ohmios para tener las
    mínimas perdidas por desacoplo de impedancias.

        Como podemos ver en la imagen anterior,
    el módulo de la corriente en la línea se repite
    cada media longitud de onda, que es la distancia que se utiliza
    para diseñar antenas. Pero, ¿por qué se
    utiliza esa longitud y no otra?.

        En realidad hay muchos tipos de
    antenas y cada una utiliza una parte distinta de la longitud de
    onda, así que dependiendo de la aplicación que
    queramos, del tipo de antena que queramos utilizar y de
    más factores (espacio, … ) utilizaremos una medida u
    otra.

        Vamos a ver que ocurre cuando
    modificamos un poco nuestra línea de transmisión
    que estamos tratando. Vamos a suponer que alimentamos en un punto
    cualquiera y que tenemos creada una onda estacionaria en
    ella.

        En la siguiente figura tenemos
    representado de forma esquemática como quedará esa
    onda en nuestra línea, en donde se indica con flechas el
    sentido de las corrientes.

        Sin meterse en cuestiones
    físicas, si una corriente circula por un conductor,
    creará un campo eléctrico y magnético en sus
    alrededores. Luego nuestra corriente creará un campo
    eléctrico y magnético, pero como supondremos que la
    distancia entre los dos conductores que forman nuestra
    línea (S) es pequeña, no se creará una onda
    que se propaga, puesto que la contribución que presenta el
    conductor superior se anulará con la que presenta el
    conductor inferior.

        Pero si separamos en un punto los dos
    conductores, los campos que crean las corrientes ya no se
    anularán entre si, si no que se creará un campo
    eléctrico y magnético que formará una onda
    que se podrá propagar por el espacio.

        Según esto, dependiendo del
    punto desde el que separemos el conductor, tendremos una longitud
    en los elementos radiantes (H) variable. Al variar esta longitud,
    la distribución de corriente variará, y
    lógicamente la onda que se creará y se
    propagará.

        Hay que seguir observando que en los
    extremos seguimos teniendo un mínimo de corriente y que
    continúa repitiéndose cada media longitud de onda.
    Luego ahora podemos ver de forma gráfica, que si suponemos
    que nuestra antena son solo los elementos radiantes y que el
    punto en el que los hemos separado es el punto de alimentación de la
    antena, el módulo de la intensidad en el punto de
    alimentación varía y lógicamente,
    también varía la impedancia que presenta la
    antena.

        Veamos como se distribuye la
    corriente en función de la longitud de la antena (H) y su
    diagrama de
    radiación
    en la siguiente tabla. En ella se indica el ancho de haz a -3 dB,
    la directividad (D), la resistencia de
    radiación en el punto de máxima corriente
    (Rrm) y la resistencia en el
    punto de alimentación de la antena
    (Rre).

        Como podemos ver, no por tener una
    antena más larga logramos radiar mejor, lo único
    que conseguimos es variar el diagrama de
    radiación y la impedancia que presenta.

        En esta tabla vemos que una antena
    vertical de 5/8 longitudes de onda es una de las mejores, de las
    representadas, para hacer contactos a larga distancia (DX) puesto
    que es la que tiene el lóbulo de radiación
    más bajo y es la que presenta la directividad más
    pronunciada. Esta directividad nos indica que presenta una mayor
    ganancia en la dirección de propagación que se
    observa en el diagrama de radiación.

    2. Parámetros
    generales de una antena

        Una antena va a formar parte de un
    sistema, por lo
    que tenemos que definir parámetros que la describan y nos
    permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro
    sistema.

    Impedancia

        Una antena se tendrá que
    conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo
    de potencia posible
    con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar la
    antena al transmisor para una máxima transferencia de
    potencia, que se
    suele hacer a través de una línea de
    transmisión. Esta línea también
    influirá en la adaptación, debiéndose
    considerar su impedancia característica, atenuación y
    longitud.

        Como el transmisor producirá
    corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir
    la impedancia de entrada mediante la relación
    tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia
    poseerá una parte real Re(w) y una parte
    imaginaria Ri(w), dependientes de la
    frecuencia.

        Si a una frecuencia una antena no
    presenta parte imaginaria en su impedancia Ri(w)=0,
    entonces diremos que esa antena está resonando a esa
    frecuencia.

        Normalmente usaremos una antena a su
    frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, luego
    a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la
    impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia
    de entrada a la antena Re. Lógicamente esta
    resistencia también dependerá de la
    frecuencia.

        Esta resistencia de entrada se puede
    descomponer en dos resistencias,
    la resistencia de radiación (Rr) y la
    resistencia de pérdidas (RL). Se define la
    resistencia de radiación como una resistencia que
    disiparía en forma de calor la misma
    potencia que radiaría la antena. La antena por estar
    compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en
    ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia
    de pérdidas en la antena.

        Como nos interesa que una antena
    esté resonando para que la parte imaginaria de la antena
    sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar
    corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir
    grandes pérdidas.

    Veamos este ejemplo:

        Queremos hacer una transmisión
    en onda media radiando 10 KW con una antena que presenta una
    impedancia de entrada Ze = 50 – j100
    ohmios.

    Si aplicamos las fórmulas P = |I|2 x
    Real[Ze] = |I|2 = P / Real[Ze]

    Obtenemos que |I| = 14.14 A.

    Si ahora aplicamos la ley de
    Ohm

    |V| = |I| x |Ze| = 14.14 x (50 – j100) =
    14.14 x 111.8 = 1580.9 V.

        Si ahora logramos hacer que resuene
    la antena, tendremos que la impedancia de entrada no
    tendrá parte imaginaria, luego Ze = 50 ohmios.
    Aplicando las mismas fórmulas de antes obtenemos que la
    intensidad que necesitamos es la misma

    |I| = 14.14 A, pero vemos que ahora la tensión
    necesaria es |V| = 707 V.

        Con este pequeño ejemplo vemos
    que hemos ahorrado más de la mitad de tensión
    teniendo la antena resonando que si no la tenemos. No se ha
    dicho, pero se ha supuesto que la parte real de la impedancia de
    entrada de la antena no varía en función de la
    frecuencia.

    Eficiencia

        Relacionado con la impedancia de la
    antena tenemos la eficiencia de
    radiación y la eficiencia de
    reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una,
    cuanto de buena es una antena emitiendo señal, y otra,
    cuanto de bien está adaptada una antena a una línea
    de transmisión.

    La Eficiencia de Radiación se define como la
    relación entre la potencia radiada por la antena y la
    potencia que se entrega a la misma antena. Como la potencia
    está relacionada con la resistencia de la antena, podemos
    volver a definir la Eficiencia de Radiación como la
    relación entre la Resistencia de radiación y la
    Resistencia de la antena:

        La Eficiencia de
    Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la
    relación entre la potencia que le llega a la antena y la
    potencia que se le aplica a ella. Esta eficiencia
    dependerá mucho de la impedancia que presente la
    línea de transmisión y de la impedancia de entrada
    a la antena, luego se puede volver a definir la Eficiencia de
    Reflexión como 1 – módulo del Coeficiente de
    reflexión2 , siendo el coeficiente de
    reflexión el cociente entre la diferencia de la impedancia
    de la antena y la impedancia de la línea de
    transmisión, y la suma de las mismas impedancias.

    Eficiencia de Reflexión = 1 – (Coeficiente de
    Reflexión)2 , donde

        Algunas veces se define la Eficiencia
    Total, siendo esta el producto entre
    la Eficiencia de Radiación y la Eficiencia de
    Reflexión.

    Eficiencia Total = Eficiencia de Radiación x
    Eficiencia de Reflexión

        Otra forma de calcular la eficiencia
    de una antena es utilizando la figura siguiente, en la que se
    muestra un
    circuito equivalente eléctrico simplificado para una
    antena.

        Parte de la potencia de entrada se
    disipa en las resistencias
    efectivas (resistencia de tierra,
    dieléctricos imperfectos, etc.) y la restante se irradia.
    El total de la potencia de la antena es la suma de las potencias
    disipada y radiada. En términos de resistencia y
    corriente, la eficiencia es:

    donde:

    n = eficiencia de la antena

    i = corriente de la antena

    Rr = resistencia de radiación

    Re = resistencia de la antena efectiva

    Patrón de Radiación

        En algunas circunstancias es
    necesario la representación gráfica de la fase del
    campo eléctrico. Esta representación recibe el
    nombre de Diagrama de Fase o Patrón de
    Radiación.

        Un patrón de radiación
    es un diagrama polar o gráfica 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 del campo eléctrico (E) o de la densidad de
    potencia (P), se llama patrón de radiación
    absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de
    potencia en relación al valor en un
    punto de referencia, se llama patrón de radiación
    relativo.

    Algunas veces no nos interesa el diagrama de
    radiación en tres dimensiones, al no poder hacerse
    mediciones exactas sobre el. Lo que se suele hacer es un corte en
    el diagrama de radiación en tres dimensiones para pasarlo
    a dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el más
    habitual ya que es más fácil de medir y de
    interpretar.

    Campos Cercanos y Lejanos

        El campo de radiación que se
    encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de
    radiación que se encuentra a gran distancia. El termino
    campo cercano se refiere al patrón de campo que esta cerca
    de la antena, y el termino campo lejano se refiere al
    patrón de campo que está a gran distancia. Durante
    la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en
    donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo
    cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que esta
    en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es
    similar a la forma en que un inductor guarda y suelta
    energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces
    campo de inducción. La potencia que alcanza el campo
    lejano continua irradiando lejos y nunca regresa a la antena por
    lo tanto el campo lejano se llama campo de radiación. La
    potencia de radiación, por lo general es la mas importante
    de las dos-, por consiguiente, los patrones de radiación
    de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El
    campo cercano se define como el área dentro de una
    distancia D2/l de la antena, en donde l es la longitud
    de onda y D el diámetro de la antena en las mismas
    unidades.

    Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia

        La ganancia 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. El
    patrón de radiación para la densidad de potencia
    relativa de una antena es realmente un patrón de ganancia
    directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de
    una antena de referencia estándar, que por lo general es
    una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva
    se llama directividad. Matemáticamente, la ganancia
    directiva es:

    donde:

    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)

        La ganancia de potencial es igual a
    la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia
    que alimenta a la antena (o sea, que 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
    antena de referencia no tiene perdidas (h = 100%).
    Matemáticamente, la ganancia de potencia (Ap)
    es:

    Ap = D h

        Si una antena no tiene perdidas,
    irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de potencia
    es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para una
    antena también se da en decibeles en relación con
    alguna antena de referencia. Por lo tanto, la ganancia de
    potencia es:

    Polarización de la Antena

        La polarización de una antena
    se refiere solo a la orientación del campo
    eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede
    polarizarse en forma lineal (por lo general, polarizada
    horizontal o vertical), en forma elíptica o circular. Si
    una antena irradia una onda electromagnética polarizada
    verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente;
    si la antena irradia una onda electromagnética polarizada
    horizontalmente, se dice que la antena está polarizada
    horizontalmente; si el campo eléctrico radiado gira en un
    patrón elíptico, está polarizada
    elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un
    patrón circular, está polarizada
    circularmente.

    Ancho del Haz de la Antena

        El ancho del haz de la antena es
    sólo la separación angular entre los dos puntos de
    media potencia (-3dB) en el lóbulo principal principal del
    patrón de radiación del plano de la antena, por lo
    general tomando en uno de los planos "principales". El ancho del
    haz para una antena cuyo patrón de radiación se
    muestra en la
    figura siguiente es el ángulo formado entre los puntos A,
    X y B ( ángulo q ). Los puntos A y B son los puntos de
    media potencia (la densidad de potencia en estos puntos es la
    mitad de lo que es, una distancia igual de la antena en la
    dirección de la máxima radiación). El ancho
    de haz de la antena se llama ancho de haz de -3dB o ancho de haz
    de media potencia.

    Ancho de Banda de la Antena

        El ancho de banda de la antena se
    define como 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 de la
    antena.

    3. Tipos de
    antenas

        Una antena es un dispositivo formado
    por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite
    la emisión de ondas de radio frecuencia,
    o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas
    emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes
    tipos:

    Antena colectiva:

        Antena receptora que, mediante la
    conveniente amplificación y el uso de
    distribuidores,  permite su utilización por diversos
    usuarios.

    Antena de cuadro:

        Antena de escasa sensibilidad,
    formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un
    cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en
    radiogoniometría.

    Antena de reflector o parabólica:

        Antena provista de un reflector
    metálico, de forma parabólica, esférica o de
    bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio,
    concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente
    para la transmisión y recepción vía
    satélite.

    Antena lineal:

    La que está constituida por un conductor
    rectilíneo, generalmente en posición
    vertical.

    Antena multibanda:

        La que permite la recepción de
    ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas
    frecuencias.

    Dipolo de Media Onda

        El dipolo de media onda lineal o
    dipolo simple es una de las antenas más ampliamente
    utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de
    2 MHz, la longitud física de una antena
    de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda
    se le refiere por lo general como antena de Hertz.

        Una antena de Hertz es una antena
    resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud
    de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más
    lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen
    a lo largo de una antena resonante.

        La figura anterior podemos observar
    las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de
    un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una
    sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una
    linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un
    máximo voltaje y un mínimo de corriente y un
    mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el
    centro.

        La impedancia varia de un valor
    máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un
    valor mínimo en el punto de alimentación de
    aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la
    impedancia de radiación).

        El patrón de radiación
    de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la
    localización horizontal o vertical de la antena con
    relación a la superficie de la
    tierra.

        La figura siguiente muestra el
    patrón de radiación vertical para un dipolo de
    media onda montado verticalmente. Observese que los dos
    lóbulos principales que irradian en direcciones opuestas
    están en ángulo derecho a la antena, los
    lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el
    caso ideal donde la corriente es constante a todo lo largo de la
    antena, y esto es inalcanzable en una antena real.

    Antena Yagi:

        Antena constituida por varios
    elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y
    reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de
    señales televisivas. Los elementos directores dirigen el
    campo eléctrico, los activos radian el
    campo y los reflectores lo reflejan. (figura
    siguiente)

        Los elementos no activados se
    denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios
    elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta
    dada por:

    G = 10 log n

    donde n es el número de elementos por
    considerar.

        Para la antena yagi de tres elementos
    la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15l , y entre
    el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de
    separación entre los elementos son las que proporcionan la
    óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los
    elementos interferirían destructivamente entre sí,
    bajando la ganancia.

        Como se puede observar, este diseño
    de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el
    elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que
    generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los
    canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a
    86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible
    cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada.
    Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de
    banda ancha,
    la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando
    la ganancia.

        En la figura siguiente se muestran
    los parámetros de diseño
    x y y, creando la relación x + y = l /4, la ganancia se
    acentúa alrededor de un solo canal, como se muestra en la
    figura.

    Para considerar una antena yagi de banda ancha es
    necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los
    elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la
    ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de
    antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se
    obtiene mejor ganancia para el denominado "en linea". Como la
    antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es
    común aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3;
    estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda;
    generalmente para los canales bajos de televisión
    da muy buen resultado. En la figura siguiente se proporciona las
    dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de
    tres elementos

     Antenas Vhf Y Uhf

    Para clasificar las ondas de radio se toman como medida
    los múltiplos de diez en la longitud de onda. Por lo tanto
    la ondas de VHF tienen una longitud de onda entre 1 Metro y 10
    Metros mientras que las de UHF tienen una longitud de entre 10
    Centímetros y un Metro. Como la relación es que la
    frecuencia es igual a la velocidad de
    la luz (misma
    velocidad que
    la de propagación de las ondas electromagnéticas,
    aproximadamente 300.000 Km./h) dividida por la longitud de onda,
    entonces tenemos que la banda de VHF va desde los 30 Mhz a los
    300 Mhz y la de UHF va de los 300 Mhz a los 3 Ghz.

    Las actuales aplicaciones en comunicaciones
    de punto a punto o móviles que superan los 30 Mhz son muy
    populares y han hecho que aparezcan un gran numero de antenas
    para estas aplicaciones. La figura ilustran algunos tipos de
    antenas buenas para polarizaciones eléctricas verticales y
    fáciles de montar en un mástil. Excepto por un
    aislante que esta señalado como "insulator" en la figura
    todas las demás líneas son de materiales
    conductores ya que para una representación simple se han
    obviado los aislantes.

    La parte mas baja de (a) es el coaxial que alimenta
    media longitud de onda de la parte superior de la antena en el
    medio en una conexión en serie (Toda la corriente de la
    línea de alimentación fluye a través de la
    antena). La porción de diámetro ancho no toca el
    conductor exterior de la línea de alimentación
    excepto en la punta, esto es una condición que tiende a
    minimizar que las ondas se queden el mástil que sostiene a
    la antena.

    En la antena (b) vemos que hay una conexión entre
    la parte interna y las partes adyacentes, la alimentación
    esta perfeccionada por traer el conductor interior de la
    línea de alimentación a través de un agujero
    al exterior en un punto dentro del aislamiento que esta protegido
    del clima.

    En la antena (c) y (d) son dos antenas en forma de "J"
    en las que la sección radiante es la media onda superior
    de una de las líneas de alimentación sobre el punto
    en que la otra termina.

    En la figura (e) se ve una cruz horizontal de cuatro
    caños tierra sobre un largo cilindro, en el final hueco
    del cual esta montado el conductor interno que se extiende sobre
    el un poco menos que un cuarto de onda, se pone el punto de
    conexión coaxial de tal manera que coincidan las
    impedancias. La sección que continua este punto de
    conexión provee un fuerte soporte mecánico a la
    parte radiante por sobre ella.

    Cuando se usa polarización horizontal en
    transmisiones de UHF hay muchos tipos de antenas a ser
    considerados. En esta polarización es mas fácil
    incrementar la ganancia que en la vertical por el método de
    "Stacking" (apilar). Muchos tipos están indicados en la
    siguiente figura.

    La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a).
    Esencialmente tiene dos partes radiantes con una longitud de
    media onda desfasadas 90º y puestas en fases de cuadratura.
    Esta alimentada por un sistema de alimentación de
    líneas de transmisión. Cuando corrientes iguales
    son usadas en dos radiadores, el diagrama direcciones en el plano
    horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un
    cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados
    es de media onda. La antena Turnstile esta adaptada para el uso
    de una banda de transmisión por el empleo de
    conductores largos y un cuidado extremo de todos los
    detalles.

    Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada
    en la figura (B) donde se ve una antena usada en el Empire State,
    donde los conductores con diámetros de un cigarrillo y las
    partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones sobre
    las líneas AC y BD. Líneas separadas de
    transmisión son proveídas en F para cada uno de los
    cuatro radiadores.

    La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de
    cuadrado, donde el largo de cuyo vértice es una
    cuestión de diseño, pero por propósitos
    descriptivos puede ser tomado por aproximadamente un tercio de
    longitud de onda. La corriente es entregada como se muestra en la
    figura, las corrientes en los cuatro radiadores son iguales en
    magnitud y parecidas en fase como se muestra en las flechas del
    diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una
    distancia de media onda.

    La figura (d) muestra una antena circular que
    también se llama antena de loop. Los dos conductores
    circulares radiantes están eléctricamente rotos en
    B por un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad
    mecánica y de fuerza, toda
    la construcción es capaz de ser soportada
    desde el punto A. El circulo mas bajo esta roto en C, de donde el
    sistema es alimentado en la forma de "Folded Dipole" (Dipolo
    Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia
    (Tomando en cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda.
    Físicamente la circunferencia es menos que esto. Esta
    antena esta enganchada a un mástil en el punto A y por lo
    tanto metálicamente a tierra. El mástil esta dentro
    de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es
    elíptica, la máxima diferencia en campo de fuerza es un
    poco menos que 2 db. Cuando estas unidades están apiladas
    en vertical el espacio entre ellas es de una longitud de
    onda.

    La antena "Coverleaf"esta mostrada en la figura (e).
    Esta consiste en una torre de estructura
    metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto
    con la torre misma forman un sistema de transmisión
    coaxial. Las "Hojas" radiantes están agarradas como se
    muestra en la figura, formando una circunferencia horizontal
    compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de
    aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan
    intervalos de media longitud de onda. El diagrama horizontal
    prácticamente circular.

    La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un
    cilindro vertical cerrado metálicamente en sus dos
    extremos, pero tiene una grieta abierta en un elemento del
    cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se
    muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro
    estableciendo un voltaje a través de la grieta. La antena
    tiene un efecto externo como una distribución vertical de
    circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas
    muy juntas. El diámetro es mas o menos que media longitud
    de onda.

    La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal
    que tiene un particular sistema de alimentación
    coaxial.

    Las antenas de VHF y UHF también se puede
    clasificar en cuatro categorías dependiendo de otros
    parámetros como se ve en la siguiente tabla.

    Cada una de estos tipos de antenas tiene asociadas
    formas de antenas especificas del mismo. Algunas de estas formas
    de antena fueron mencionadas o explicadas con
    anterioridad.

    4.
    Aplicaciones

    Ajuste de antenas de VHF y UHF

    Es un error pensar que, disponiendo excelente medidor de
    R.O.E., y comprobando que estamos con antenas ajustadas a 1:1, la
    ganancia será la que creemos por la cantidad de elementos
    de la antena.

    Una yagui cruzada de 7 + 7 elementos, con una ganancia
    teórica en 11 db cada una, según tablas de
    Radio-Amateur Handbook, resultaron al ser medidas de 6 db una y 3
    db la otra y la R.O.E. era de 1:1,10 en ambas.

    El método
    simple y realmente efectivo es medir la intensidad de
    campo.

    Ajustar la antena con una señal lejana es algo
    complicado, ya que se debe contar con un colega que mantenga una
    transmisión constante por tiempo
    considerable, además de violar la
    reglamentación.

    Para medir la intensidad de campo conviene fijar el
    transmisor con potencia baja, y es necesario cerciorarse que el
    equipo transmita con la misma potencia en las distintas
    frecuencias de la banda.

    Una antena terminada y ajustada para mínima
    R.O.E., se ajustara para máxima ganancia con la ayuda de
    un medidor de intensidad de campo.

    1/2 Onda.

    ————————————

    I I

    ————–. .—————-

    I I

    I I

    I I

    I I Cable de T.V.

    I I 300 Ohms.

    I I

    I I

    I I

    I I

    .——-* *——–.

    I I

    I——-///——–I

    I 300 OHMS. I

    .—. I

    / I

    —– I

    I .001 uF I

    I———I I———I

    I I

    I 1 K. 1 K. I

    I-///–. .–///-I

    I I

    1 K. I I 1 K.

    +-///–+ +–///-+

    I I

    I .001 uF. I

    I———I I———I

    I I

    I +——-+ I

    I I I I

    *——I UA. I——*

    I——-I

    +——-+

    La figura muestra una antena TEST que
    facilitara los ajustes.

    Según el fabricante, o las indicaciones de
    manual, se
    procederá al ajuste FINO, que correctamente realizado
    llevara una antena de 3 db como la indicada en l anécdota
    mas arriba, en los 11 db que debería tener por
    formula.

    Básicamente, consistirá en sintonizar cada
    elemento director acortándolo o alargándolo (con
    tornillos de bronce en los extremos) como si se estuviera
    alineando una etapa de F.I.

    El reflector tiene menos incidencia que los directores,
    y el primero es el mas critico.

    Se recuerda que la antena no puede sostenerse con un
    mastil metálico que sea paralelo a los
    elementos.-

    Con mucha frecuencia se observan instalaciones de
    antenas verticales para 2 Metros, montadas con mástiles
    encima de la configuración de H.F.

    Para ver el efecto negativo, basta con observar la
    intensidad de campo y el medidor de R.O.E. mientras se acerca un
    mástil metálico paralelo a los elementos de la
    antena.

    Es de indudable valor didáctico tocar con una
    varilla de madera la
    punta de un director cualquiera (no el director), por seca que la
    madera
    este.-

    Se comprobó que la mejor manera de sostener una
    yagui cruzada es en la disposición "en X es decir, a 45
    grados cada elemento con respecto a la vertical u
    horizontal.

    Calculo de la perdida de Transmisión o de
    Trayectoria

    EL alcance de las ondas en el espacio esta
    prácticamente limitado a atenuación que sufre la
    señal a medida que se aleja de la fuente que la genero. Esta
    atenuación esta dada por la siguiente formula:

    Donde Lp es la relación entre potencia
    transferida y potencia recibida. (Pt/Pr) y d es la distancia
    entre las dos antenas.

    Lo mismo se puede calcular en dB con la siguiente
    formula

    Lp = 32.5 + 20 log f + 20 log d

    Donde Lp es la perdida en dB, f es la frecuencia en Mhz
    y d es la longitud de la trayectoria en Km.

    Esto nos demuestra que cuanto mayor es la frecuencia o
    menor es la longitud de onda mayores serán las perdidas.
    Esto es muy importante de considerar en antenas de VHF y UHF ya
    que trabajan con frecuencias elevadas y longitudes de onda muy
    cortas.

    Considerando lo antes mencionado si transmitimos a 30
    Mhz (limite inferior de VHF) entonces para que la relación
    entre potencia transferida y potencia recibida sea
    aproximadamente 1 debemos colocar el transmisor a 10 metros * 4 *
    PI del receptor lo que nos da un total de 125.66 metros. Si lo
    colocamos a 1000 metros la atenuación seria de alrededor
    de 1.500.000. Entonces si transmitimos con 10 Watts de potencia
    se recibirían 7 Micro Watts lo que todavía es
    suficiente, por lo tanto y debido a que las características de este tipo de ondas hace
    que viajen a elevadas alturas, este tipo de enlaces es bueno para
    las comunicarse dentro de una ciudad (especialmente comunicaciones
    móviles donde el equipo es reducido y no se puede emplear
    mucha potencia para transmitir ni para amplificar ) donde las
    distancias son cortas pero hay muchos obstáculos a bajas
    alturas.

    5. Características de
    radiación

    Otro aspecto que hay que tener en cuenta cuando se elige
    una antena es la característica de radiación de la
    misma ya que es uno de los parámetros mas importantes de
    la antena. Por ejemplo la característica de
    radiación de una antena emisora debe ser igual a la
    característica de recepción de la antena receptora
    para que el proceso de
    transmisión sea optimo. La característica de
    radiación de una antena representa el cambio de
    intensidad de un cambio
    magnético en una esfera cuyo centro es la antena radiante.
    Esta es una representación en 3 dimensiones y resulta muy
    complicada, por lo tanto también se puede usar un descripción bidimencional que aproxima la
    forma tridimensional. Entonces se puede decir que la
    radiación de la antena tiene una forma circular,
    elíptica, etc.

    Por ejemplo la onda de la antena Turnstile tiende a
    formar un cuadrado entonces es compatible con la Aldorf Loop cuya
    onda es cuadrada.

    Por su forma de onda circular, la antena cohete es
    compatible con la antena Coverleaf.

    6.
    Bibliografía

    -Electrical Engineers' Handbook, Pender &
    McIlwain.
    -Enciclopedia de la Electronica, Ingeniería y Tecnica, C.
    Belove.
    -Propagación y Antenas Salmeron
    Sistemas de
    Comunicaciones Electrónicas Wayne Tomasi
    -RCUA Antenas 

    Webs De Interés
    Eiffel Antenas
    http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Hall/3334/enlants.htm

    http://www.laantena.com
    http://www.geocities.com/wireless4data/
    http://www.sonicolor.com/catalogo/antenas/antenas.html
    http://www.geocities.com/eaqrpclub_es/es/bibli_es/antenas.html

    http://www.ieee.org
    http://www.nasa.gov
    http://www.conatel.gov.ve

    Integrantes:
    Daniel Mesen A.
    Robelth Montilla H.
    Rosmer Ocando.
    Republica Bolivariana de Venezuela
    Universidad
    Fermin Toro
    Escuela de
    Ingeniería Electrica
    Cabudare, Diciembre del 2000

    Trabajo enviado por.
    Daniel Mesen A

    016-8594304
    Barquisimeto – Estado Lara –
    Venezuela
    Estudiante de Ingenieria Electrica (7mo semestre)
    Universidad
    Fermin Toro

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