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Universidad Nacional Del Callao Facultad De Ingeniería Eléctrica Y Electrónica Escuela Profesional De Ingeniería Electrónica

INFORME DEL 4TO LABORATORIO Profesor JAIME ALBERTO VALLEJOS LAOS Curso ANTENAS Turno 01L – 92G Integrantes Palacios Huaman José Antonio

1713220396

Quino Briceño Jeffry

1713210041

Cruz espinoza Jorge Luis

1713220334

Chalco Ccahua Gino Rogger

1713220219

Quispe Ceron Maria Jesus

1713210023

Ciclo

2020 – B

Antenas, conceptos y diagramas de radiación" I.

CONCEPTOS Y CARACTERISTICAS

Las antenas son un componente muy importante de los sistemas de comunicación. Por definición, una antena es un dispositivo que se utiliza para transformar una señal de RF, viajando en un conductor, en una onda electromagnética en el espacio libre. Las Antenas tienen una propiedad conocida como reciprocidad, lo que significa que la antena mantendrá las mismas características independientemente de si es transmitir o recibir. La mayoría de las antenas son dispositivos resonantes, que operar de manera eficiente en una banda de frecuencia relativamente estrecha. Una antena debe estar sintonizado en la misma banda de frecuencia del sistema de radio al que está conectado, de lo contrario la recepción y la transmisión serán dañado. Cuando se envía una señal a una antena, la antena emitirá radiación distribuida en el espacio de una determinada manera. Una representación gráfica de la distribución relativa de la potencia radiada en el espacio se llama diagrama de radiación.

Fig. Antena Lineal

PARÁMETROS GENERALES DE LA ANTENA Una antena forma parte de un sistema, por lo que los parámetros que la describen y permiten evaluar el efecto que va a producir sobre el sistema son: IMPEDANCIA DE ENTRADA 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. Para una transferencia eficiente de energía, la impedancia de la radio, de la antena y del cable de transmisión que los conecta debe ser el mismo. Los transceptores y sus líneas de transmisión suelen estar diseñados para 50 Ω de impedancia. Si la antena tiene una impedancia diferente de 50 Ω, entonces hay una falta de coincidencia y se requiere un circuito de adaptación de impedancia. EFICIENCIA Relacionado con la impedancia de la antena está 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.

DIAGRAMA DE RADIACIÓN Entendemos por diagrama de radiación de una antena la representación gráfica del comportamiento de dicha antena en cuanto se refiere a los parámetros que la definen: máxima ganancia, directividad y relación delante/detrás. Dicho de otro modo, el diagrama de radiación nos indica el valor de la ganancia o la atenuación de las señales que llegan a la antena desde distintas direcciones. Ejemplo:

Fig. Diagrama de radiación de una antena.

Se puede observar que la máxima ganancia de esta antena es de 18 dB. A medida que nos desplazamos del eje de la antena observamos que la ganancia disminuye. En sentido contrario a la percepción de la señal (giro de 180° ) podemos observar en el diagrama una atenuación aproximada de 19 dB, con lo cual la relación delante/detrás será: 18 dB – (–19 dB) = 37 dB Se puede observar también que para un ángulo de 10° la ganancia ha disminuido a un valor de 15 dB, y de igual forma vemos que disminuye para direcciones más alejadas del eje de 0°.

Fig. Diagramas de radiación vertical y horizontal de una antena.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:    

 

Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia. Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación. Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal. Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad. Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario. Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto.

PARÁMETROS DE RADIACIÓN Ganancia: Número de decibelios que entrega la antena en comparación con una antena patrón de referencia (antena dipolo) cuya ganancia es 0 dB. Directividad: Poder de captación de una antena en una determinada dirección.

Anchura de Banda: El ancho de banda de una antena se refiere al rango de frecuencias sobre las cuales la antena puede funcionar correctamente. El ancho de banda de la antena es el número de Hz para los cuales la antena exhibirá una ROE menor a 2: 1.

TIPOS DE ANTENAS Una clasificación de antenas puede basarse en: FRECUENCIA Y TAMAÑO Las antenas utilizadas para HF son diferentes de las utilizadas para VHF, que en A su vez son diferentes a las antenas para microondas. La longitud de onda es diferente en diferentes frecuencias, por lo que las antenas deben ser de diferente tamaño para irradiar señales en la longitud de onda correcta. Estamos particularmente interesados en antenas que funcionan en el rango de microondas, especialmente en los 2.4 GHz y Frecuencias de 5 GHz. A 2,4 GHz, la longitud de onda es de 12,5 cm, mientras que a 5 Ghz mide 6 cm. DIRECTIVIDAD Las antenas pueden ser omnidireccionales, sectoriales o directivas. Omnidireccionales antenas irradian el mismo patrón alrededor de la antena en un completo Patrón de 360 grados. Los tipos más populares de antenas omnidireccionales son el tipo dipolo y el plano de tierra. Las antenas sectoriales irradian principalmente en un área específica. El haz puede tener un ancho de 180 grados o estrecho como 60 grados. Las antenas directivas son antenas en las que el ancho del haz es mucho más estrecho que en las antenas sectoriales. Tienen la mayor ganancia y, por lo tanto, se utilizan para enlaces de larga distancia. Tipos de antenas directivas son la Yagi, la biquad, la bocina, la helicoidal, la antena de parche, el plato parabólico y muchos otros. CONSTRUCCIÓN FÍSICA Las antenas se pueden construir de muchas formas diferentes, que van desde simples cables a platos parabólicos, hasta latas de café.

II.

TIPOS DE ANTENAS Y DIAGRAMAS DE RADIACION

Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son: 1. Antena Dipolo Son un tipo de antenas que se caracterizan por una alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Los tipos de antenas dipolo:     

Antenas dipolo simple: Dos elementos conductores rectilíneos colindares de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio bastante menor que el largo. Antenas dipolo V invertida: Los brazos del dipolo han sido doblados el mismo ángulo respecto del plano de simetría. Antenas dipolo doblado: Los brazos doblados por la mitad y replegados sobre sí mismos, haciendo que los extremos se unan. Antenas dipolo de brazos plegados: Los brazos tienen una pequeña parte del extremo parcialmente plegada. Antenas dipolo eléctricamente acortado: Un segmento de cada brazo se reemplaza por un dispositivo físico capaz de crear una zona de campo magnético uniforme (solenoide)

Diagrama radiación:

Ilustración 1 Antena Dipolo

de

Ilustración 2 Diagrama de radiación

2. Antena Dipolo multi - elemento Las antenas multi- elemento tipo dipolo tiene la característica general del dipolo simple que es un patrón de elevación y azimut. La diferencia entre ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares. Debido a que la antena de dipolo radia igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en configuración horizontal.

Ilustración 3 Antena Dipolo multi- elemento

de radiación:

Diagrama

Ilustración 4 Diagrama de radiacion

3. Antena Yagi La antena Yagi es una antena direccional. Esta invención dio avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinada con elementos parásitos conocidos como reflector y directores, se pudiera construir una antena de muy alto rendimiento. La antena Yagi está formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado llamado también "radiador". La antena Yagi de banda ancha nos permite cubrir varios canales de TV a la vez, aunque sacrificando la ganancia. Elementos de una antena Yagi: Elemento conductor Reflectores Directores Cable

Ilustración 5 Antena Yagi

Características de una antena Uda-Yagi: Normalmente una antena Yagi estándar solo usaría dos elementos que serían elemento parásito y el dipolo de media onda que sería lo que formaría una antena Yagi. Aplicación: Se utiliza habitualmente en las bandas de HF, VHF y UHF en aplicaciones de radiofusión de televisión, estaciones de radioficionados y radioenlaces punto a punto. Funcionabilidad: Su funcionamiento se basa en una corriente que circula en el elemento alimentado irradiando un campo electromagnético, el cual induce corrientes en los ‘elementos parásitos’ de la antena. Diagrama de radiación:

Ilustración 6 Diagrama de radiación

4. Antena

de panel plano

Las antenas de panel plano (También conocidas como antenas Flat Panel), como su nombre, dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Ilustración 7Antena de panel plano

Elementos de una antena panel plano: Plano de masa inferior Encima un elemento radiante que se sitúa justo encima de dicho sustrato Características de una antena panel plano: Patrón de radiación: Es una gráfica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Ganancia: Podemos definir como la relación (en dB) que debe existir entre la potencia necesaria a la entrada de una antena de referencia sin pérdidas y la potencia suministrada a la entrada de la antena en cuestión Directividad: Es la concentración de la potencia radiada en una dirección particular Polarización: Es una cualidad que significa que las dos componentes tienen distintas amplitudes y el ángulo de desfase entre ellas es diferente a 0° y 180° Diagrama de radiación

5.

Antena

Ilustración 8 Diagrama de radiación

parabólica

En las antenas satelitales la así llamada parábola refleja las ondas electromagnéticas generadas por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del paraboloide. Los frentes de onda inicialmente esféricos que emite ese dispositivo se convierten en frentes de onda planos al reflejarse en dicha superficie, produciendo ondas más coherentes que otro tipo de antenas. Características

Las antenas parabólicas proporcionan una ganancia y una frecuencia extremadamente altas Son muy populares para los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por satélite. Se compone de dos partes principales: -

Mecanismo de alimentación: aloja la antena principal (por lo general un dipolo o una tabla de dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector.

-

El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí. Las antenas parabólicas son en esencia una superficie metálica que sirve de reflector y un elemento radiante situado en su foco.

Ilustración 9 Antena parabólica

Diagrama de radiación

Ilustración 10 Diagrama de radiación

6. Antena Microstrip Es una superficie metálica (denominada comúnmente parche) impresa sobre un substrato dieléctrico de espesor muy pequeño en términos de longitudes de onda. La estructura se completa con un plano metálico en la parte posterior del substrato dieléctrico. este tipo de antenas cuando el tamaño reducido es sumamente primordial, por ejemplo, en el área de la aeronáutica, aviación, satélites, aplicaciones en misiles, dispositivos móviles, comunicaciones inalámbricas en general, y para frecuencias elevadas principalmente en los rangos de microondas y ondas milimétricas. Características Se trata de una estructura plana Presenta un bajo peso Es fácil de fabricar, bajo costo. Son de banda estrecha. Tienen baja pureza de polarización.

Ilustración 10 Antena Microstrip

Diagrama de radiación

Ilustración 10 Diagrama de radiación

III.

APLICACIONES

ANTENAS DIPOLO Las antenas dipolo se suele encontrar en prácticamente todos los servicios que existen actualmente, principalmente en arreglos de antenas para transmisores de radio FM y también en transmisores de TV y servicios de radio móvil para servicios de despacho, seguridad como la policía y emergencias, bomberos y ambulancias. Podemos encontrar la antena dipolo en: 

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



Parte de la antena Yagi:   la antena dipolo forma el elemento impulsado dentro de una antena Yagi. A menudo se usa un dipolo plegado porque los elementos 'parásitos' dentro del Yagi hacen que la impedancia de alimentación del dipolo caiga. El uso de un dipolo plegado generalmente asegura que se mejora la coincidencia de impedancia. No solo se usa la antena Yagi para la recepción de televisión terrestre, sino que también se usa para muchas formas de comunicaciones de radio bidireccionales, recepción de radio general. Como dipolo vertical omnidireccional:   la antena dipolo se utiliza a menudo por sí sola como una antena polarizada verticalmente (en este caso, el dipolo en sí es vertical en lugar del formato horizontal más habitual) para proporcionar una cobertura omnidireccional. A menudo, se puede utilizar de esta manera para la radio móvil privada: estos son sistemas de comunicaciones por radio bidireccionales utilizados por empresas y otras organizaciones, incluidos los servicios de emergencia, para mantener el contacto. Elemento impulsado dentro de un reflector parabólico: Las antenas reflectoras parabólicas necesitan algún tipo de elemento impulsado para irradiar la antena para que el reflector la dirija en la dirección requerida. Estas antenas se utilizan a menudo para comunicaciones por satélite, radioastronomía, así como para enlaces de comunicaciones por radio de varios tipos. Estas antenas reflectoras parabólicas se ven a menudo en antenas de teléfonos móviles donde proporcionan un enlace de comunicación por radio a la red central. Las antenas reflectoras parabólicas también se utilizan para la recepción de televisión por satélite.

ANTENAS YAGI Debido a su simplicidad y su ancho de banda relativamente grande la antena Yagi-Uda es muy utilizada, para aplicaciones de radiodifusión de televisión, estaciones de radioaficionados y en los últimos años se ha utilizado para otro tipo de servicios como es el caso de radioenlaces punto a punto, para sistemas de wifi, tanto en la banda de 2.4 GHz como en la banda de 5.7GHz y en otros

sistemas donde sus características de direccionalidad le dan un muy buen comportamiento. ANTENAS PARABOLICAS 

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Antena parabólica High Performance: Se suelen utilizar en torres o sistemas donde hay una alta densidad de antenas, permitiendo reducir las interferencias que generan los distintos sistemas de telecomunicaciones entre sí. Se utiliza en frecuencias altas, por encima de los 4 GHz. Antena parabólica de rejilla o grilla: Son el diseño más pobre y más económico de todos, poseen un reflector que las convierte en una antena bastante liviana, permitiendo estructuras de montaje más simples. Se utilizan por debajo de los 3 GHz puesto que tienen un mejor comportamiento, sobre todo en el aspecto mecánico pues ofrecen muy poca resistencia al viento por lo que su desalineación es prácticamente nula. Antenas Cassegrain: Se utiliza en aplicaciones como radioastronomia, comunicaciones espaciales y en estaciones terrenas de comunicaciones vía satélite, donde se requiere alta directividad, elevada potencia y bajos niveles de pérdida. El reflector es parabólico y cuyo subreflector hiperbólico se encuentra ubicado en el foco de la antena.

BIBLIOGRAFIA  

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https://www.slideshare.net/JuanLopez422/unidad-3antenas https://www.wni.mx/index.php? option=com_content&view=article&id=62:antenassoporte&catid=31:gene ral&Itemid=79 https://www.wisp.mx/eventos/caravanas2018/antenas.pdf https://www.tesamerica.com/tipos-de-antenas-parabolicas/#:~:text=Se %20utiliza%20en%20aplicaciones%20como,el%20foco%20de%20la %20antena. https://www.ecured.cu/Antena