ANTENAS/LINEAS DE TRANSMISION
GUIAS DE ONDA
VALORES AL MODO DOMINANTE
La intensidad de los campos es máxima en el
centro a lo largo de la dimensión X, y debe disminuir a cero al llegar a las
paredes, porque la existencia de cualquier campo paralelo a las mismas en su
superfcie causaría una corriente infnita en un conductor perfecto.
Subtema
Los
campos electromagnéticos son propagados a través de la guía de onda por
medio de reflexiones en sus paredes internas
El efecto
de Faraday atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía.
El tubo actúa
como un contenedor que confna las ondas en un espacio cerrado.
Una guía de onda es un tubo conductor a través del cual se
transmite la energía en la forma de ondas electromagnéticas.
Arriba de los 2 GHz, la longitud de onda es lo sufcientemente corta como
para permitir una transferencia de energía práctica y efciente por diferentes
medios.
GLOSARIO DE ANTENAS
APERTURA DE LA ANTENA
la apertura de la antena debe derivarse a partir de la fórmula de la ganancia.
La apertura de una antena es proporcional a la ganancia.
La “apertura” eléctrica de una antena receptora se defne como la sección transversal de una antena parabólica que entregaría la misma potencia a una carga acoplada.
RELAICON DE GANANCIA ADELANTE/ATRAS
DISCORDANCIA DE POLARIZACION
En el mundo real, la pérdida debida a una discordancia en polarización de 90° es bastante grande pero no infnita.
Para 15° la pérdida es de aproximadamente 0,3 dB, para 30° perdemos 1,25 dB, para 45° perdemos 3 dB y para 90° tenemos una pérdida infnita.
puede ser determinada utilizando la siguiente fórmula:
Loss (dB) = 20 log10(cos θ)
Cuando las antenas transmisora y receptora están polarizadas linealmente, una desalineación física entre ellas va a resultar en una pérdida por discordancia de polarización
Cuando las antenas no están alineadas o no tienen la misma polarización
POLARIZACION
El campo eléctrico puede dejar la antena en una orientación vertical, horizontal o en algún ángulo entre los dos.
La polarización de las antenas transmisoras y receptoras deben coincidir o se produce una gran pérdida
La mayor parte de las antenas está polarizada vertical u horizontalmente.
La polarización inicial de una onda de radio es determinada por la antena.
se defne como la orientación del campo eléctrico de una onda electromagnética.
LOBULOS LATERALES
Estos pequeños picos se conocen como lóbulos laterales y se especifcan en dB por debajo del lóbulo principal.
Alguna energía se irá en otras direcciones.
Ninguna antena es capaz de irradiar toda la energía en una dirección preferida.
ANCHO DEL HAZ
El área de cobertura se refere al espacio geográfco “iluminado” por la antena y se defne aproximadamente por la instersección del ancho del haz con la superfcie terrestre.
La distancia angular entre los puntos de mitad potencia se defne como el ancho del haz.
Se encuentra el pico de intensidad de radiación, luego se localizan los puntos de ambos lados de pico que representan la mitad de la potencia de intensidad del pico.
PATRON DE RADIACION
El patrón de radiación es tridimensional, pero generalmente lo que se publica de este es una porción bidimensional del patrón tridimensional
es también de recepción, porque describe las propiedades de recepción de la antena.
describe la intensidad relativa del campo radiado en varias direcciones desde la antena a una distancia constante.
DIRECTIVIDAD Y GANANCIA
El método para medir la ganancia mediante la comparación de la antena bajo prueba con una antena estándar conocida, de ganancia calibrada, es conocido como técnica de transferencia de ganancia.
Una ganancia de antena de 3dB comparada con una isotrópica debería ser escrita como 3dBi.
La antena isotrópica irradia en todas direcciones con la misma intensidad
La ganancia no es una cantidad que pueda ser defnida en términos de una cantidad física como vatios u ohmios
es la habilidad de una antena de transmitir enfocando la energía en una dirección particular, o de recibirla de una dirección particular.
ANCHO DE BANDA
Bandwidth = 100 (FH – FL )/FC
El ancho de banda también puede ser descrito en términos de porcentaje de la frecuencia central de la banda:
Este ancho de banda es el número de hercios (Hz) para los cuales la antena va a cumplir ciertos requisitos como presentar una ganancia dentro de los 3 dB de la ganancia máxima, o un VSWR menor que 1.5.
PERDIDA DE RETORNO
Return Loss (in dB) = 20 log10 (VSWR+1 / VSWR-1)
una pérdida de retorno elevada implica un funcionamiento inaceptable de la antena.
Return Loss (in dB) = 10 log10 Pi/Pr
Es una medida logarítmica expresada en dB, que compara la potencia refejada por la antena con la potencia con la cual la alimentamos desde la línea de transmisión Pi.
INPEDANCIA DE ENTRADA
Si la antena tiene una impedancia diferente a 50Ω, hay una desadaptación y se va a producir refexión a menos que se añada un circuito de acoplamiento de impedancia.
Las antenas y sus líneas de transmisión generalmente están diseñadas para una impedancia de 50Ω.
AMPLIFICADORES
Las antenas cuestan mucho menos que los amplifcadores y se puede mejorar un enlace simplemente cambiando la antena de un extremo.
Utilizar amplifcadores puede ser ilegal. Cada país impone límites de potencia para el espectro sin licenciamiento.
Los amplifcadores generan ruido para otros usuarios de la banda.
Las antenas de alta no sólo mejoran la cantidad disponible de señal sino que tienden a rechazar ruido desde otras direcciones.
Los amplifcadores deben trabajar a relativamente grandes anchos de banda a 2.4 GHz, y deben tener una conmutación lo sufcientemente rápida para trabajar con aplicaciones Wi-Fi.
simplemente dirigen toda a potencia disponible en un patrón particular.
las antenas no crean potencia.
CONECTORES Y ADAPTADORES
Por medio de los conectores el cable puede ser conectado a otro cable o a un componente de la cadena de RF.
Conectores Especiales
Los adaptadores coaxiales (o simplemente adaptadores), son conectores cortos usados para unir dos cables, o dos componentes que no se pueden conectar directamente.
Conectores
Los conectores MC-Card son más pequeños y más frágiles que los MMCX. Tiene un conector externo con ranuras que se quiebra fácilmente luego de unas pocas interconexiones.
MMCX es una serie de conectores micro-miniatura con un mecanismo de bloqueo a presión que permite una rotación de 360 grados otorgándole gran fexibilidad.
MHF se utiliza para conectar una tarjeta de radio mini-PCI a una antena o a un conector más grande (como un N, o un TNC) usando un cable delgado en lo que se conoce como pigtail.
U.FL (también conocido como MHF). Probablemente es el conector de microondas más pequeño utilizado ampliamente en la actualidad.
RP-TNC. Es un conector TNC con el género invertido.
Los conectores MCX se introdujeron en los 80.
Estos conectores especiales a menudo se acoplan a los otros elementos del sistema de microondas utilizando un cable delgado y corto llamado latiguillo
MCX tiene una capacidad de banda ancha de 6 GHz con un diseño de conector a presión.
Esta serie proporciona opciones a los diseñadores cuando el peso y el espacio físico son limitados.
Los SMB cuyo nombre deriva de Sub Miniatura B, son el segundo diseño subminiatura.
Son adecuados hasta 4 GHz con un diseño de conector de presión.
Una versión más pequeña de los SMA con un acoplamiento a presión.
SMA es un acrónimo de Sub Miniatura versión A, y fue desarrollado en los 60.
Estos conectores de alto desempeño son de tamaño compacto y tienen una extraordinaria durabilidad.
SMA son unidades subminiatura de precisión que proveen excelentes prestaciones eléctricas hasta más de 18 GHz.
Los conectores Tipo N (también por Neill, aunque algunas veces atribuidos a “Navy”) fueron desarrollados originalmente durante la Segunda Guerra Mundial. Se pueden utilizar hasta a 18 GHz y se utilizan comúnmente en aplicaciones de microondas.
Para uso en exteriores deberían envolverse en cinta autoaglomerante para evitar que el agua penetre.
Las uniones del cable al conector macho o hembra son supuestamente impermeables, lo que da un agarre efectivo.
Los conectores TNC también fueron inventados por Neill y Concelman, y son una versión roscada de los BNC.
Su sigla TNC se debe al inglés (Neill-Concelman con Rosca, por Threaded Neill-Concelman).
funcionan bien hasta unos 12 GHz.
Los conectores BNC fueron desarrollados a fnes de los 40. La sigla BNC signifca Bayoneta, Neill-Concelman, por los apellidos de quienes los inventaron: Paul Neill y Carl Concelman.
Tienen un desempeño aceptable hasta unos pocos cientos de MHz.
son ideales para la terminación de cables coaxiales miniatura o subminiatura (RG-58 a RG-179, RG-316, etc.).
es un conector miniatura de conexión y desconexión rápida. Tiene dos postes de bayoneta en el conector hembra, y el apareamiento se logra con sólo un cuarto de vuelta de la tuerca de acoplamiento.
CABLES
Puntos claves para elegir un cable
Para distancias muy cortas, un cable delgado de buena calidad
puede ser adecuado ya que no introduce demasiada atenuación.
Rastrear y reconocer este tipo de problemas no es tarea fácil, y esto
puede llevar a un comportamiento impredecible del radioenlace.
Nunca pise los cables, no los doble demasiado o trate de desenchufar un conector halando el cable directamente.
La instalación de los conectores en el cable es una tarea delicada y se hace difícil realizarla adecuadamente aún teniendo las herramientas necesarias.
Siempre que sea posible utilice cables que ya tengan los conectores, y que hayan sido probados en un laboratorio apropiado.
Cuando sea posible, use el mejor cable LMR o su equivalente. LMX es una marca de cable coaxial disponible en varios diámetros que trabaja bien en las frecuencias de microondas.
Evite usar RG-213 o RG-8: fueron diseñados para CB y radio de HF.
Evite usar RG-58: fue pensado para redes Ethernet delgadas, CB o radio de VHF, no para microondas.
Cuanto más barato peor La segunda regla de oro es que todo el dinero que se invierta en comprar un cable de buena calidad es un buen negocio.
Cuanto más corto mejor La primer regla cuando instalamos un cable es la de hacerlo lo más corto posible.
Cable Coaxial
El conductor interior transporta la señal de RF, y la pantalla evita que la señal de RF sea radiada a la atmósfera.
Cable Coaxial con recubrimiento
Está protegido por un recubrimiento generalmente de PVC.
Tienen un conductor central recubierto por un material no conductor denominado dieléctrico, o simplemente aislante.
El dieléctrico evita una conexión eléctrica entre el conductor central y la pantalla.
El dieléctrico se recubre con una pantalla conductora envolvente a menudo en forma de malla.
El transmisor genera la energía de RF
La línea de transmisión más simple que se imagina es la bifilar o de dos hilos
Línea de transmisión convertida en antena
Línea de transmisión bifilar
La transmisión bifilar en un extremo no va a irradiar porque la corriente en cada cable tiene el mismo valor pero una dirección opuesta.
El dielétrico puede ser aire o un plástico
Consiste en dos conductores separados por un dieléctrico o aisalnte.
La antena es responsable de captar las señales de radio desde el aire y pasar con la mínima distorsión.
El cable RF debe mantener la integridad de las señales en ambas direcciones.
EL propósito es transportar la energía de RF de un lugar hacia el otro de la forma mas segura y eficaz.
El enlacce entre ambos es la línea de transmisión de Rf
Tipos de Antena
Antenas Log Periodic
se usan en espacios blancos (white spaces) que necesitan la capacidad para trabajar en canales muy diferentes.
Se usan a menudo en analizadores de espectro para hacer pruebas y también son populares como antenas receptoras de TV ya que cubren con efciencia desde el canal 2 hasta el 14.
BiQuad
Esta antena tiene un ancho del haz de aproximadamente 70 grados y una ganancia en el orden de 10-12 dBi.
Consiste en dos cuadrados iguales de 1⁄4 de longitud de onda como elemento de radiación y de un plato metálico o malla como refector.
fácil de armar y ofrece buena directividad y ganancia para las comunicaciones punto-a-punto.
Plato parabólico
Los platos de hasta un metro generalmente están hechos de material sólido.
La desventaja principal es que los platos grandes son difíciles de montar y podrían sufrir los efectos del viento.
La ventaja principal es que pueden construirse para tener una ganancia y una directividad tan grande como sea necesario.
Antena bocina
Las antenas bocina se utilizan comúnmente como el elemento activo en una antena de plato.
Se puede alimentar sencillamente con una guía de onda
La dirección de máxima radiación se corresponde con el eje de la campana.
La porción acampanada puede ser cuadrada, rectangular, cilíndrica o cónica.
Antena Yagi-Uda
Las antenas Yagi son utilizadas principalmente por los enlaces punto-a-punto, tienen una ganancia desde 10 a 20 dBi y un ancho de haz horizontal de 10 a 20 grados.
El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media onda con alimentación central.
Yagi-Uda básica consiste en un cierto número de elementos rectos que miden, cada uno, aproximadamente la mitad de la longitud de onda.
Antena de 1/4 de longitud con plano de tierra
La ganancia de esta antena es del orden de los 2-4 dBi.
simple en su construcción y es útil para las comunicaciones cuando el tamaño, el costo y la facilidad de construcción son importantes.
Directividad
Tipos de Antenas
Las direccionales o directivas son antenas en las cuales el ancho del haz es mucho más angosto que en las antenas sectoriales.
Las antenas omnidireccionales irradian aproximadamente la misma seña alrededor de la antena en un patrón completo de 360.º
Las antenas pueden ser omnidireccionales, sectoriales o directivas.
Frecuencia y tamaño
las antenas deben ser diferentes en tamaño para radiar señales a la correcta longitud de onda.
La longitud de onda es diferente a diferentes frecuencias
Las antenas utilizadas para HF son diferentes de las antenas utilizadas para VHF
