Tipos de antenas de radiocomunicacion

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ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS


Las ondas electromagnéticas está formadas por la composición de dos ondas: la onda de campo eléctrico (E) y  la onda de campo magnético (H).  Siendo ambas ondas transversales, perpendiculares entre si y a la vez perpendiculares a la dirección de propagación. Las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse. Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia (f) está dentro del rango de la luz visible. Las ondas electromagnéticas son las que empleamos en las transmisión y recepción de radio: AM, FM, TDT, Wifi, Radioenlaces analógicos y digitales, enlaces vía satélite y en general en casi todos los modos de comunicación.

PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

: Las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta  Las ondas electromagnéticas se pueden propagar a través de cualquier dieléctrico como el aire, pero no se propagan bien a través de conductores que introducen pérdidas como por ejemplo el agua. Existen cuatro formas de propagación de las ondas radioeléctricas: Propagación Directa. Propagación por Reflexión. Propagación por Refracción. Propagación por Difracción. 

PROPAGACIÓN DIRECTA

Son las ondas que viajan desde la antena transmisora a la receptora. Este tipo de onda espacial, en su camino puede sufrir reflexiones o/y refracciones debidas a las variaciones atmosféricas. Ejemplos: la radiodifusión AM, FM, la televisión banda VHF y UHF, los radioenlaces con “visión directa o línea de vista” y las trasmisiones vía satélite. 

PROPAGACIÓN POR REFLEXIÓN

Cambio en la dirección de propagación de la onda cuando esta incide sobre una superficie reflectante puede  producir fenómenos indeseables ya que al sumarse la señal reflejada con la señal directa, puede causar “imágenes fantasmas o doble imagen”. Para evitarlo se usan antenas muy “directivas” orientadas respecto del emisor. 

PROPAGACIÓN POR REFRACCIÓN

Cambio de dirección que experimenta la onda cuando esta cambia de un medio a otro de distinto índice de refracción. Es debido a la ionización de la parte superior de la atmosfera debido a la radiación solar. Esto supone una variación progresiva del índice de refracción.

PROPAGACIÓN POR DIFRACCIÓN

. Es un fenómeno que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. Ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido, ondas electromagnéticas como la luz visible y en las ondas de radio. Las onda denominadas “ondas de superficie” son ondas de baja frecuencia que se transmiten muy pegadas al suelo de la superficie terrestre, aprovechan este fenómeno y lo utilizan las emisoras de radiodifusión terrestre en (AM) pero se requieren de transmisores de gran potencia y antenas muy grandes para alcanzar grandes distancias. 

TRANSMISIÓN TERRESTRE Y VÍA SATÉLITE:

Una onda electromagnética radiada por una antena emisora se expande en todas direcciones según un frente de propagación pero distinguiremos las siguientes direcciones: Propagación por onda Terrestre. Propagación por onda Espacial. Propagación por onda “línea de vista, LOS” o Línea Recta. Vía satélite, que sigue el camino de las capas altas de la atmósfera y hacia el espacio exterior.

ONDAS TERRESTRES:

Las ondas terrestres son aquellas que se propagan sobre la superficie de la Tierra o muy cerca de ella, también llamadas Ondas superficiales Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente, pues el campo eléctrico (E) en una onda polarizada horizontalmente sería paralelo a la superficie de la tierra y estas ondas se cortocircuitarían con la conductividad de la tierra misma. Con ondas terrestres, el campo Eléctrico induce voltajes en la superficie de la Tierra, que produce corrientes inducidas. La superficie de la tierra también tiene resistencia y pérdidas dieléctricas, por lo que las ondas terrestres se atenúan a medida que se propagan. Buenos conductores para ondas terrestres son por ejemplo, el agua salada de mar. Malos conductores por ejemplo, el desierto. Las pérdidas de ondas terrestres se acentúan con la frecuencia, por lo que generalmente se usan para transmisiones de frecuencias menores a 2MHz como la radio AM. Con suficiente potencia, se puede propagar más allá del horizonte.

Utilización, ventajas y desventajas de las ondas terrestres

Se usan para comunicaciones entre barcos, entre barcos y la tierra firme, así como en general para comunicaciones móviles marítimas. Se pueden usar con frecuencias de 15Khz a 2Mhz.  Con suficiente potencia, pueden usarse para comunicar dos puntos cualquiera en el mundo.  Son relativamente inmunes a los cambios atmosféricos.  Requieren potencias relativamente altas  Como se limitan a frecuencias ultra bajas, bajas y medianas, se necesitan antenas muy grandes para su transmisión y recepción.  Las pérdidas de las ondas terrestres son muy variables, dependiendo de la superficie y su composición, lo que hace la confiabilidad y repetibilidad de la transmisión dependiente del terreno.

ONDAS ESPACIALES:

Las ondas que se dirigen y se reflejan en la capa de la atmósfera Troposfera, se emiten con un ángulo relativamente grande con respecto a la superficie de la tierra. A este tipo de propagación se le conoce como propagación por dispersión. La dispersión se aprovecha muy poco en las zonas montañosas pero resulta de gran utilidad sobre grandes llanuras o áreas  marítimas, en donde los estratos son más estables, y sobre todo a frecuencias de cientos o miles de megahercios. Las comunicaciones por dispersión resultan útiles en la transmisión de señales de televisión o telefonía utilizando grandes potencias y antenas direccionales. Con las señales de VHF, UHF y SHF se puede llegar a distancias mayores que con el alcance visual pero perdiendo estabilidad y recogiendo perturbaciones de tipo atmosférico.

IONOSFERA:

 Esta capa refleja ó refracta (curvando) las ondas desde el cielo hacia la tierra nuevamente. Esta transmisión se denomina propagación ionosférica y ocurre si las capas están fuertemente ionizadas siendo buenas conductoras de la electricidad. Las capas en que se subdivide la ionosfera están referenciadas como; D, E, F1, y F2,. Estas dos últimas sólo existen durante el día ya que en la noche se recombinan formando una única capa, la F.  Por encima de la banda de UHF, las frecuencias no están afectadas por la ionosfera debido a su pequeña longitud de onda (λ), por lo que debe haber una frecuencia máxima de transmisión de ondas de cielo que se puedan refractar de vuelta a la tierra sin perderse. A esta frecuencia se le llama Frecuencia crítica. De forma similar, el máximo ángulo vertical de una onda tal que sea refractada de vuelta a la tierra es el Ángulo crítico.

Capa D:

La capa más próxima a la troposfera. Aquí la ionización es muy pequeña lo que significa que, en la práctica, existe solamente durante el día. Durante la noche no tiene utilidad práctica y se emplea para la propagación de las ondas largas.

Capa E:

permite devolver ondas electromagnéticas hasta una distancia de 2.000 km del punto de origen. La máxima propagación tiene lugar durante el día  no sufre una anulación total durante la. Esta capa es importante a efectos prácticos de conducción de ondas medias.

Capa F:

la más importante. Durante las horas de sol, la capa F se subdivide en otras dos capas, También influyen las estaciones, según en la que nos encontremos se recibe más o menos radiación solar y ello implica una variación. Al final del día se recombinan de nuevo las dos subcapas Esta capa es la que utiliza la onda corta para transmisiones de larga distancia.

PROPAGACIÓN POR ONDA “LÍNEA DE VISTA, LOS” O LÍNEA RECTA:

En esta comunicación entre la antena emisora y Receptora se encuentran en línea recta o lo que es lo mismo los focos de ambas antenas se ven entre ellos. Pueden trabajar en el rango desde los 30MHz a los 30GHz.  Son de especial utilización para radioenlaces directos tanto analógicos como digitales (2 a 50GHz), sistemas de Microondas terrestres, satélites, telefonía móvil y difusión de la televisión digital terrestre (TDT) y por satélite.

PROPAGACIÓN o TRANSMISIÓN POR VÍA SATÉLITE:

La transmisión vía satélite hace posible la comunicación de un continente a otro, aprovechando que la energía recibida puede amplificarse y dirigirse exactamente hacia cualquier punto para el que esté programado. El satélite recibe-transmite ondas de longitud de onda (λ) muy cortas, es decir, de una frecuencia muy elevada, que pueden atravesar sin dificultad todas las capas de la ionosfera, tanto en el camino de ida como en el de regreso.
Satélites LEO, que significa órbitas bajas. Se usan para proporcionar datos geológicos sobre movimiento de placas terrestres y para la industria de la telefonía vía satélite.
Satélites MEO, órbitas medias. Son satélites con órbitas medianamente cercanas, de unos 10.000 km. Su uso se destina a comunicaciones de telefonía y televisión, y a las mediciones de experimentos espaciales. 
Satélites HEO órbitas muy elípticas. Estos satélites siguen una órbita elíptica se utilizan para cartografiarla superficie de la Tierra, ya que pueden detectar un gran ángulo de superficie terrestre. 

Satélites GEO

Tienen una velocidad de traslación igual a la velocidad de rotación de la Tierra, lo que supone que se encuentren suspendidos sobre un mismo punto del globo terrestre. Por eso se llaman satélites geoestacionarios. Se destinan a emisiones de televisión y de telefonía, a la transmisión de datos a larga distancia, y a la detección y difusión de datos meteorológicos.

PARÁMETROS DE LAS ANTENAS:

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 en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. Las antenas deben acentuar un solo aspecto de dirección y anular los demás. Ya que solo nos interesa radiar hacia una dirección determinada. Cuando la antena es utilizada para radiar ondas electromagnéticas al espacio, cumple el papel de antena emisora o transmisora. Cuando se emplea para interceptar o capturar ondas que sepropagan en el espacio y convertirlas en energía útil, aprovechable por un receptor, cumple la función de antena receptora. Para que una antena sea eficiente, las dimensiones de la antenas se deben situar entre 1/8λ y una λ. Si sus dimensiones son menores su eficiencia se reduce considerablemente.

Antena ISOTRÓPICA o Radiador ISOTRÓPICO

. La antena esférica siempre teorica no puede hacerse prácticamente.

Antena DIPOLO DE MEDIA LONGITUD DE ONDA

.- Antena en forma de te que no suele utilizarse en la práctica. 

Directividad de una antena:

La directividad es la propiedad que tiene una antena de transmitir o recibir la energía irradiada en una dirección particular. Para una estación móvil y otra fija o ambas móviles, donde no se puede predecir donde va a estar una de ellas, la antena deberá radiar en todas las direcciones del plano horizontal y para ello se utiliza una antena omnidireccional.

Polarización de una antena:

Se denomina polarización de la antena a la polarización del campo eléctrico (E) respecto a un plano de tierra dado. La polarización puede ser LINEAL, CIRCULAR O ELÍPTICA. CPL  es una medida de polarizaciones no deseadas.

Ancho de Banda de una antena:

rango de frecuencias a los cuales los parámetros de la antena son similares a las que tendría si operara en la frecuencia central.

Patrón de radiación o Diagrama de radiación:

Los patrones de radiación se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de como es realmente radiada la energía desde la 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.

TIPOS DE ANTENAS. APLICACIONES. CARACTERÍSTICAS:

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. Una misma antena puede se a su vez Transmisora y Receptora. Existe diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser, otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios. También es una antena la que está integrada en la computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi  TIPOS DE ANTENAS SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS:
Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda (λ=c/f) de la señal de radiofrecuencia que va a ser transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda (l<λ) las=»» antenas=»» se=»» denominan=»» elementales. =»»>λ)>Si tienen dimensiones son del orden de media longitud de onda (l=λ/2) se llaman RESONATES.  Si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda (l>λ) son DIRECTIVAS. 

CLASIFICACIÓN DE LAS ANTENAS:

Existen tres tipos básicos de antenas:

1.- Antenas de hilo:


Las antenas de hilo son antenas cuyos elementos radiantes son conductores de hilo que tienen una sección despreciable respecto a la longitud de onda de trabajo.

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Se utilizan extensamente en las bandas de M
F, HF, VHFy UH
F. Se pueden encontrar agrupaciones de antenas de hilo. Ejemplos son: El monopolo vertical o colineal. El dipolo simple y su evolución, la antena Yagi. La antena circular o en espira. La antena helicoidal es un tipo especial de antena que se usa principalmente en VHF y UHF. Un conductor describe una hélice, consiguiendo así una polarización circular.


2. Antenas parabólicas o de apertura

Se utilizan para direccionar el haz electromagnético de forma que concentran la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección. La más conocida y utilizada es la ANTENA PARABÓLICA. Se usan preferentemente en sistemas de Radioenlace Terrestre y Satélite.

La antena parabólica consta de un plato o rejilla reflector/a , en el centro se dispone del elemento emisor o receptor en su caso, denominado alimentador el cual radia o concentra los rayos.

  • Antena de foco primario


    -La superficie de estas antenas es un paraboloide de revolución. El foco está centrado en el paraboloide. Tienen un rendimiento máximo de aproximadamente el 60%.
  • Antena Offset:


    Una antena offset está formada por una sección de un reflector paraboloide deforma oval. La superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica el rendimiento es un 70%.


– Antena Cassegrain

Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido. Usadas en estaciones terrestres de enlace satelital.

Antena Gregorian

Es similar ala Cassegrain pero el segundo reflector es cóncavo en lugar de convexo.


3. Antena Plana



DESCRIPCIÓN:

Las antenas planas están formadas por un agrupamiento plano de radiadores microstrip y un circuito que distribuye la señal entre los radiadores.  las están en el área de las telecomunicaciones, como antenas de alta, media y baja ganancia, generalmente   las bandas L y S.

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