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FundamentosdeAntenasPropagacin
FUNDAMENTOS DE ANTENAS PROPAGACION La forma y tamao de una
antena estn dados en funcin de su propsito.
Para cualquiera que sea su forma fsica, est diseada para
transmitir y recibir ondas electromagnticas.
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Vamos a considerar primero una antena hipottica: la fuente
puntual. De tales fuentes, la energa es radiada hacia fuera en
todas las direcciones. Vamos a examinar este proceso ms de cerca.
La energa radiada puede ser representada empleando una onda
progresiva (onda viajera) de esta forma.
La forma de onda normalmente sigue la curva de la seal.
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Consideraremos un ciclo completo de la onda. Est definido como
un destello/parpadeo de onda. Correlacionamos la onda destellante
de la radiacin, con la antena que la produce.
Una antena que da cabida a medio destello de onda es un dipolo
simple.
Si alimentamos esta antena con seal alterna, se configurar un
flujo de electrones dentro de ella.
El flujo de electrones produce primero una concentracin mxima en
esta direccin.
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Se invierteY produce un mximo en la direccin opuesta.
El flujo se invierte.Luego un mximo
Este ciclo se repite as mismo, a la frecuencia de la seal. Este
flujo de electrones crea un campo magntico fluctuante. La direccin
de este campo est relacionada al flujo de electrones.
A medida que el flujo de electrones se invierte el campo
magntico se hace mximo y las lneas de fuerza se encuentran en esta
direccin.
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Cuando el flujo se detiene las lneas de fuerza colapsan.
A medida que el flujo se invierte de nuevo, el campo alcanza un
mximo.
Las lneas de fuerza estn en la direccin opuesta.
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El campo magntico invierte su direccin cada medio ciclo de la
frecuencia de la seal.
Esto se conoce como el campo H.
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La fuerza de este campo es proporcional a la amplitud de la onda
estacionaria de corriente.
Esta onda estacionaria de corriente est 90 desfasada respecto a
la onda estacionaria de voltaje.
En estas instancias la antena tiene un voltaje positivo en este
extremo.
Y un voltaje negativo en este extremo.
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Cuando el voltaje se acumula en la direccin opuesta la polaridad
se invierte.
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Esta polaridad cambiante produce un campo elctrico en la cara
interior.
Cuando el voltaje est en esta polaridad el campo est en esta
direccin.
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Cuando la polaridad se invierte el campo genera (construye) un
mximo en la direccin opuesta.
Esto se conoce como el campo E. El campo E y el campo H colapsan
cuando estn 90 desfasados el uno del otro y constituyen el campo
inmediato de la antena.
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Este campo inmediato produce el patrn de radiacin de onda. Desde
la antena podemos visualizar la radiacin como lapos (latigazos)
propagndose hacia el exterior.
Las lneas verticales son el componente H y las lneas
horizontales el componente E.
Ntese que las lneas son perpendiculares entre s, esto es, estn
en cuadratura en el espacio.
Vectorialmente, estas lneas representan picos de las ondas
radiantes.
Ntese que la direccin se invierte al siguiente ciclo.
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Siempre que el pico de estas dos ondas ocurra simultneamente,
ellas llegan en fase (en el tiempo). Por tanto, las ondas
progresivas (ondas viajeras) se establecen para estar en fase en el
tiempo y en cuadratura en el espacio. La polaridad de la antena est
determinada por el plano del campo E.
Para obtener la mxima seal, todas las antenas de transmisin y
recepcin han sido planeadas en el campo E.
La direccin en la cual los patrones de onda E y H se propagan
est determinada por una regla simple.
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Para aplicar esta regla, usamos dos vectores. Imagine la accin
giratoria de un tornillo, si se pasa del vector E al vector H a
travs de la distancia ms corta, el tornillo avanza en la direccin
de propagacin. Esto se conoce como la regla del vector de
Poynting.
En el siguiente ciclo el vector E y H se invierten.
Aplicando nuevamente la regla de Poynting, vemos que la direccin
de propagacin no cambia.
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Permitindonos considerar slo vectores fijos, cualquier par de
vectores tiene la misma direccin de propagacin. Pero no se ha
considerado lo que sucede cuando las ondas golpean una superficie
reflectante... Tendremos en cuenta un solo par de vectores. Al
igual que antes, la regla de Poynting da la direccin de propagacin
Cuando la onda alcanza la superficie reflectante, el campo E se
invierte, pero la direccin del campo H no cambia.
Por la regla de Poynting la direccin del vector es por lo tanto
invertida.
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El mismo proceso ocurre para cada par sucesivo de vectores. La
direccin de propagacin se invierte cuando las ondas golpean una
superficie plana.
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Veamos ahora como se registra la intensidad de la energa radiada
desde la antena. Primero, muestreamos la intensidad de la seal en
varios puntos.
Tal registro es geogrfico y podemos unir los puntos de igual
intensidad, para obtener lneas de contorno (curvas de nivel).
A menudo, es ms til conocer la forma del campo radiado por la
antena.
Para lograr esto, obtenemos la intensidad de campo, ajustado a
un radio fijo desde la antena.
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Ahora usamos una representacin vectorial, para dar a cada
anillo, magnitud y direccin. Para representar esto usamos crculos
de escala.
A lo largo de esta lnea la intensidad de campo del radio
seleccionado es tres.
As que cortamos la lnea del crculo que representa el nivel de
intensidad tres.
A lo largo de esta lnea la intensidad de campo del radio
seleccionado es cuatro.
As que se corta al crculo de nivel de intensidad cuatro.
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Al continuar el trazado de esta manera se obtienen una serie de
vectores.
Estos vectores representan la intensidad y la direccin del
campo.
Uniendo las puntas de los vectores se obtiene el diagrama polar
de la antena.
El diagrama polar completo es tridimensional y nos permite
visualizar las caractersticas de radiacin de una antena.
Vamos a revisar ahora los elementos bsicos de la propagacin de
una antena. Un dipolo de media onda excitado por una seal tendr un
flujo de electrones establecido dentro de l. Este movimiento de
electrones crea dos campos. Estos campos que se crean y colapsan en
cuadratura de tiempo y espacio forman el campo inmediato de la
antena. Este campo inmediato produce el patrn de radiacin de ondas.
Podemos representar esta radiacin por vectores. Asociado con estos
vectores est el patrn de ondas progresivas (ondas viajeras). Las
ondas progresivas (ondas viajeras) estn en fase en el tiempo y
cuadratura en el espacio. Las caractersticas fundamentales de estas
ondas progresivas (ondas viajeras) y los medios por los que se
producen, son las mismas para cualquier sistema de antenas.
