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CONSULTA #1

Teoría de Imágenes aplicada Carlos Santander a Antenas 2014-11-19 Antenas Quad

Antenas

Teoría de imágenes aplicado a Antenas. El efecto de las corrientes y cargas inducidas en planos de masa se pueden analizar sustituyendo el plano de masa por las cargas y corrientes equivalentes, utilizando los resultados de estética, validos asimismo en campos variables con el tiempo. La imagen de una carga positiva frente a un plano de masa es una carga negativa situada simétricamente. Utilizando la ecuación de continuidad, las corrientes están relacionadas con las cargas mediante.

Una corriente elemental se puede sustituir por dos cargas en los extremos. En la gráfica se pueden ver diversos casos de corriente y carga.

Las condiciones de contorno que se tienen que cumplir en el plano metálico son.

Se puede comprobar que las imágenes de las corrientes y cargas se verifican dichas condiciones. Ejemplo: Planos de tierra y reflectores Una Antena Quarter-Wave sobre un plano de tierraLa antena centro-alimentada del alambre, demostrada en fig. 2a, tiene un plano de la simetría, = /2, en las cuales no hay campo eléctrico tangencial. Así, con tal que la corriente terminal siga siendo igual, el campo en la parte superior - media - espacio sigue siendo inalterado si un plano a tierra de conductor perfecto se pone en este plano. Observe que la mitad inferior de la antena del alambre sirve como imagen para la mitad superior. Si está utilizada para la difusión de AM o como antena móvil de microondas (en la capota

de un automóvil), la altura es generalmente un cuarto de la longitud de onda. En este caso, kl= , y estas relaciones dan

Donde está el patrón de la intensidad de radiación

Aunque el patrón de radiación para el plano de tierra Quarter-wave sea igual que ése para la antena centro-alimentada de media onda del alambre, la resistencia de radiación es media como mucho. Esto sigue del hecho de que la superficie de la integración adentro ahora es mas un hemisferio que una esfera.

ANTENAS QUAD Este tipo de antenas (Cubical Quad) es de onda completa, igual que los dipolos cerrados (doblados), las antenas Delta Loop o triangulares, etc. La longitud del conductor es igual a 1 onda a la frecuencia de corte, la suma de las distancias de los 4 lados deberá ser 1 onda. D = 306 / fMhz, donde D es la longitud del alambre o cable que va a constituir la antena; 306 es la velocidad de la luz y fMhz es la frecuencia en megahertz. Curiosamente podemos observar que el factor 306 no corresponde a los 300,000 km/seg que es la real velocidad de la luz, pero aquí estamos hablando de otro medio conductor que altera ese factor. Realmente se ha logrado por pruebas en el campo. En la antena Cúbica de Cuadro la suma de los 4 lados deberá ser igual a D. En esta antena hay 2 puntos donde se puede insertar el cable coaxial de alimentación, previo análisis de la impedancia de la antena y del sistema que utilicemos para acoplarla al coaxial. El más obvio es al centro del lado horizontal inferior, esta opción dará un alto promedio de radiación con polarización horizontal. Si se alimenta en el centro de cualquiera de los lados verticales, la polarización será vertical.

El más obvio es al centro del lado horizontal inferior, esta opción dará un alto promedio de radiación con polarización horizontal. Si se alimenta en el centro de cualquiera de los lados verticales, la polarización será vertical.

Entre las 2 posibilidades, es más útil la primera, porque la mayoría de las señales de DX provienen de antenas polarizadas horizontalmente (dipolos, yagis, etc.) Aunque cuando la señal ha rebotado en la ionósfera varias veces antes de llegar a su destino, la polarización se ha perdido y no pedemos decir que realmente sea horizontal o vertical. Todos los sistemas que utilizan una onda completa, tienen una impedancia superior a los 200 ohms, teóricamente debería ser de 300 ohms, pero raramente encontramos ese valor en otra antena que no sea un dipolo cerrado. Si le agregamos un elemento reflector o director, ese valor baja más, digamos cerca de los 100 ohms. Para acercarnos lo más posible a esos 100 ohms, debemos utilizar un sistema de acoplamiento ya que nuestro cable coaxial será de 50 ohms (RG8 o RG58). Si utilizamos RG11, RG59 o RG6 (todos de 75 ohms), nos vamos a acercar a la impedancia real de la antena. Para ajustar el sistema a la frecuencia de resonancia deseada, la mejor forma es utilizar un puente generador de ruido que produce una señal de ruido general que se extiende por todo el espectro (o parte de el) y luego con la antena conectada al generador y este al receptor se encuentra un mínimo de ruido (notch) que indica la frecuencia exacta de resonancia medida en el dial del receptor o en el display en el caso de los digitales. También nos dá una lectura aproximada de la impedancia que el sistema tiene en el punto donde está conectado el instrumento. Como todas las antenas, la altura es un factor para definir el patrón de radiación. En el caso de las antenas de cuadro y las triangulares, ese factor no altera mucho el ángulo de radiación, que seguirá siendo muy bajo y excelente para el DX en el caso de antenas para h.f y también muy bueno para antenas en VHF y UHF. Como a todos los radiadores, si se le acerca un elemento de la misma dimensión o un poco más corto o más largo a cierta distancia y en plano paralelo, se formará un sistema radiador direccional.

Si el elemento es un 4% más corto se forma un director y la señal tendrá un patrón de radiación con un lóbulo de más intensidad hacia el frente. Si en cambio es un 5% más grande, se formará un reflector y el patrón de radiación será a 90° y el lóbulo será más intenso a 90° del radiador.

Las fórmulas y los valores que aquí anotamos dan números aproximados, esos números se ven afectados por los objetos cercanos a la antena (torres, otras antenas, etc.) y por la altura sobre el piso. En cada caso es deseable iniciar pruebas dejando un margen para poder reducir las dimensiones de la antena al hacer los ajustes. La fórmula para calcular cada lado del radiador es: L = 76.5 / fMHz. Para el reflector sería: R = 80.3 / fMHz Para el director sería: D = 73.5 fMHz La distancia entre los elementos puede ser cualquiera entre 0.11 de onda que sería buena para un director y hasta 0.25 de onda para un reflector. La distancia entre los elementos afecta seriamente la impedancia de la antena en el punto de alimentación y también la ganancia y directividad (frente-espalda). La Directividad de una antena Quad se afecta en beneficio si el reflector se aterriza, ver el número 56 de La antena se puede disponer en forma de rombo y en

ese caso el patrón de radiación se ve afectado teniendo las 2 polaridades: horizontal y vertical acentuadas, dependiendo de si se alimenta en el vértice inferior o en alguno de los laterales.

Referencias -

http://www.bandasaltas.com.ar/files/Antenas%20Cuad%20Cubica.pdf http://www.radiocomunicaciones.net/teoria-antenas.html http://www.antenna-theory.com/spanish/antennas/monopole.php http://www.salleurl.edu/semipresencial/ebooks/ebooks/ebook_teoria_antenas. pdf