Electiva Complementaria IIErick Alexander Pereira Polo

Universidad del Sinú

TEORÍA DE ANTENAS

INTRODUCCIÓN

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia por el espacio libre, o que, conectado a una impedancia (Resistencia), sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana.

Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección.

RECIPROCIDAD

Reciprocidad: La antena básica es un dispositivo reciproco pasivo por que las caracteristicas de desempeño de transmisión y de recepción son idénticas. (Ganancia, Directividad, Frecuencia de Operación, Ancho de Banda, eficiencia, etc.)

Puede definirse la reciprocidad como la capacidad de una antena para transferir energía desde el espacio libre hacia el receptor con la misma eficiencia con la cual transfiere energía desde el transmisor hacia el espacio libre.

ANTENA ISOTROPICA

vemos que en los planos verticales (x, z) e (y, z) la cantidad de energía radiada es exactamente la misma en todas las direcciones. Tenemos lo mismo para el plano horizontal (x, y). Esto nos indica que esta antena podrá enviar o recibir señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté. http://4.bp.blogspot.com/_CB9sVXo9EqY/S9HTJ4MpQ-I/AAAAAAAAAIQ/ZN2EKxeEK6c/s1600/omni.png

GANANCIA

La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en dBi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y una ganancia lineal unitaria.

Ganancia Directiva La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia. El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa de una antena es realmente un patrón de ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de una antena de referencia estándar, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama directividad.

Ganancia De PotenciaLa ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena de referencia no tiene pérdidas.

La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total. La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades logarítmicas (dBi)

DIRECTIVIDAD

FRECUENCIA

la frecuencia es sólo una medida de la rapidez con la onda es oscilante. Y puesto que todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad, más rápido que oscila más corta es la longitud de onda y una longitud de onda más larga implica una frecuencia más lenta.

POLARIZACIÓN

Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos básicos de polarización que aplican a las antenas.• Lineal (incluye vertical, horizontal y

oblicua) • Circular (que incluye circular derecha,

circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda).

Nota: La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.

La polarización de una antena se refiere sólo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontalmente o verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular. Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente.

Polarización De La Antena

IMPEDANCIA

Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. . La impedancia es compleja. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

QUE ES EFICIENCIA

La eficiencia de una antena se refiere la potencia suministrada a la antena y la potencia radiada o disipada dentro de la antena. Una antena de alta eficiencia ha la mayor parte de la energía presente en la entrada de la antena irradia. Una baja eficiencia de antena tiene la mayoría de la potencia absorbida en pérdidas dentro de la antena.

Ancho De Banda De La AntenaEl ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena.

Ancho de bandaEs el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros.

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

PROPAGACIÓN ELECTROMAGNÉTICA RED WIFI DENTRO DE UNA CASA

IRRADIACIÓN ANTENA DE CORNETA

TUTORIAL DIPOLO 900MHZ EN PROGRAMA SIMULADOR FEKO

Dipole Antenna - Animated E-Field Radiation Patterns

Protocolo Frecuencia Velocidad de Transferencia

802.11a 5,0 Ghz 25-54 Mbps*802.11b 2,4 Ghz 5-11 Mbps*802.11g 2,4 Ghz 25-54 Mbps*802.11g+ 2,4 Ghz 25-108 Mpbs*802.11n 2,4 Ghz 54-300 Mbps*

EEE 802.11n Wifi N IEEE 802.11n es una propuesta de modificación al estándar IEEE 802.11-2007. Agregando Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) y unión de interfaces de red (Channel Bonding), además de agregar tramas a la capa MAC. También mejora significativamente el desempeño de la red más allá de los estándares anteriores, tales como802.11b y 802.11g, con un incremento significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600Mbps. Actualmente la capa física soporta una velocidad de 300Mbps, con el uso de dos flujos espaciales en un canal de 40 MHz. Dependiendo del entorno, esto puede transformarse a un desempeño visto por el usuario de 100Mbps.El estándar 802.11n hace uso simultáneo de ambas bandas, 2,4 Ghz y 5,0 Ghz. Y de todos los Canales del Wifi a/b/g.*La Tasa de Velocidad cambia de acuerdo a la posición(Exteriores o Interiores) de los Equipos Emisor y Receptor.El estándar 802.11n fue ratificado por la organización IEEE el 11 de septiembre de 2009.MIMO usa múltiples antenas transmisoras y receptoras para mejorar el desempeño del sistema. MIMO es una tecnología que usa múltiples antenas para manejar más información (cuidando la coherencia) que utilizando una sóla antena. Dos beneficios importantes que provee a 802.11n son la diversidad de antenas y el multiplexado espacial.La tecnología MIMO depende de señales multiruta. Las señales multiruta son señales reflejadas que llegan al receptor un tiempo después de que la señal de línea de visión (line of sight, LOS) ha sido recibida. En una red no basada en MIMO, como son las redes 802.11a/b/g, las señales multiruta son percibidas como interferencia que degradan la habilidad del receptor de recobrar el mensaje en la señal. MIMO utiliza la diversidad de las señales multirutas para incrementar la habilidad de un receptor de recobrar los mensajes de la señal.“Traducción: El Protocolo 802.11n se le integra de manera permanente la tecnología MIMO para así garantizar una potente señal, rapidez y estabilidad de los datos en comunicación por Aire. Los Protocolos 802.11a/b/g no posee MIMO ni ninguna tecnología similar, aun que algunos Protocolos 802.11g(Wifi G) traen la Tecnología MIMO y son los Router que traen 2 Antenas y dicen que su tasa de transferencia es de hasta 108mbps y no de 54mbps que son los normales. El Wifi N ya supera estas Expectativas garantizando altas tasas de transferencia hasta de 600mbps pero Certifican hasta 300mbps estables siendo un gran ancho de banda.El Wifi N es compatible con los anteriores protocolos a/b/g, el modifica es la velocidad para que los mismo se conecten. También muy importante es que el Receptor que usemos (Smartphone, Laptop, Pc,T.Red Usb, Etc) también juega un papel importante para garantizar una buena Velocidad y estabilidad de conexión.”

ARRAY O AGRUPACIONES DE ATENASUn array es una antena compuesta por un número de radiadores idénticos ordenados regularmente y alimentados para obtener un diagrama de radiación predefinido.

Las características principales de los arrays de antenas es que su diagrama de radiación es modificable, pudiendo adaptarlo a diferentes aplicaciones/necesidades. Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la señal que alimenta a cada uno de los elementos del array.

CARACTERÍSTICA DE LOS ARRAYS DE ANTENA

Los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes.Una definición básica de un sistema de antenas inteligentes es cualquier configuración adaptativa de múltiples antenas que mejoran el rendimiento de un sistema de comunicaciones inalámbricas.

NIVEL DE APLICACIÓN

Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con una mayor directividad (es decir, mayor ganancia y mayor selectividad angular), proporcionan múltiples ventajas:

• Incremento de la zona de cobertura: Dado que la ganancia es mayor que en el caso de antenas omnidireccionales o sectorizadas.

• Reducción de la potencia de transmisión: La mayor ganancia de la antena permite incrementar la sensibilidad.

• Reducción del nivel de interferencia: La mejor selectividad espacial de la antena permitirá al receptor discriminar las señales de usuarios interferentes a favor de la señal del usuario deseado. Incluso se pueden utilizar antenas inteligentes con configuración antena principal y secundarias donde las secundarias anulan las interferencias.

NIVEL DE APLICACIÓN

NIVEL DE APLICACIÓN

• Reducción de la propagación multitrayecto: Debido a la menor dispersión angular de la potencia radiada, se reduce el número de trayectorias que debe seguir la señal antes de llegar al receptor.

• Mejora de la seguridad: Gracias a que la transmisión es direccional, hay una probabilidad muy baja de que un equipo ajeno intercepte la comunicación.

• Introducción de nuevos servicios: Al poder identificar la posición de usuarios se puede aplicar a radiolocalización, tarificación geográfica, publicidad en servicios cercanos.

NIVEL DE APLICACIÓN

TIPOS DE ARRAYSSegún se Geometría• Lineales

Es llama así cuando N elementos se agrupan a lo largo de una línea recta, permitiendo controlar el diagrama de radiación en el plano que contiene la línea.

Antena Sectorial, 16 Dbi de ganancia, haz de apertura de 180º

RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS

TIPOS DE ARRAYSSegún se Geometría• Planas

Se llama así cuando los elementos se sitúan en 2D sobre un plano, permitiendo mayor directividad y control del diagrama. Pueden apuntar el haz principal en cualquier dirección, en forma de pincel. Las formas más utilizada son la reticular y la circular.

Reticular

Circular

TIPOS DE ARRAYSSegún se Geometría• Conformada (Cilindricas, Esferica)

Se llama así cuando los elementos se sitúan sobre una superficie curva, como un cilindro, un cono, una esfera o sobre otras superficies como el ala de un avión.

Array cilíndrico de bocinasrectangulares.

Agrupación cilíndricade parches cuadrados

Array de estructuras multicapas con elementos impresos.

Según el elemento radiante• Hilos (Dipolos)

TIPOS DE ARRAYS

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico

Antena Omnidireccional, 9 Dbi de ganancia, haz de apertura de 360º

RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS

Según el elemento radiante• Impresas (Parches)Las antenas de elementos impresos tienen como ventajas su facilidad de fabricación y bajo precio.

TIPOS DE ARRAYS

Según el elemento radiante• RanurasEstán formadas por una estructura de dos planos metálicos sobre los que se induce una onda cilíndrica. Las ranuras se acoplan a la onda de la guía en función de su posición, orientación y tamaño.

TIPOS DE ARRAYS

Según el elemento radiante• Bosinas

TIPOS DE ARRAYS

IRRADIACIÓN ANTENA DE CORNETA

TIPOS DE ARRAYSSegún la Red• Pasivas (un solo haz, multihaz)

• Sistema de antena Multihaz • Antena Multihaz Offset• Antena Multihaz Offset Cassegrain

RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS

Antena con Reflector Parabólico, 29 Dbi de ganancia, haz de apertura muy estrecho 6º Ideal para enlaces punto a punto a varios kms

TIPOS DE ARRAYS

Según la Red• Activasagrupación de antenas de recepción con una pluralidad de canales para convertir señales de recepción de elementos de antena de recepción en una señal de frecuencia intermedia (FI) por medio de un circuito que comprende uno o más preamplificadores y un mezclador conectado en serie, alimentándose al circuito una señal de oscilador y una señal de calibración centralmente generadas, caracterizada porque está presente una red distribuidora común para la señal de oscilador local y la señal de calibración centrales, la cual está conexionada de tal manera que la señal de oscilador local central y la señal de calibración central se acoplan al circuito a la salida del elemento de antena de recepción.

TIPOS DE ARRAYSSegún la Red• AdaptativasUn sistema de antenas adaptivo puede determinar la ubicación de un usuario porque:

• Recibe la señal del usuario a través sus sensores (elementos de la antena)

• La señal arriba a cada elemento de la antena en un tiempo diferente (retardo de tiempo)

• Su procesador digital de señales, es un procesador de señales especializado, calcula la dirección de arribo (DOA Direction-Of-Arrival) del usuario de los retardos de tiempo

• El DSP también suma las intensidades de las señales de cada elemento de la antena y forma el haz hacia la dirección calculada por el DOA.

Según su Aplicación• Comunicación (Movil, Satelital)

Cada satélite tiene una masa de 689kg y vida util de 5 a 8 años. 40 de ellos fueron lanzados con la lanzadera DELTA II con capacidad para 5 satelites, 21 fueron lanzados con el coehete PROTON con capacidad para 7 satelites iridium, y 12 fueron lanzados con el cohete LONG MARCH IIC/SD con 2 satelites por lanzamiento.

Actualmente Iridium ofrece comunicaciones de datos de 2,4 Kbps full-duplex nativos (Ancho de banda canal de voz: 8 kHz) y un sistema de conexión a internet que emula 10 Kbps, lo que limita las posibles aplicaciones, por lo que se lo usa, sobre todo, para el envío y recepción de correos electrónicos en formato de texto.El servicio OpenPort permite hasta 128 kbps en datos.

Los organismos de seguridad estadounidenses utilizan soluciones Iridium como su sistema preferido de telecomunicaciones satelitales móviles de voz.

Según su Aplicación• Radar• Emisión de impulsos y recepción de ecos• Antenas directivas (grandes en longitudes de onda)• Gran capacidad de control

TIPOS DE ARRAYS

TIPOS DE ARRAYS

Los arrays planos son agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.

TIPOS DE ARRAYSLos arrays planos son agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.

INTRODUCCIÓN A LA AGRUPACIÓN DE ANTENASMiguel Ferrando Bataller

La creciente necesidad de camuflar de las estaciones base (BTS) ha llevado a crear soluciones de mimetización de las antenas, como por ejemplo los árboles artificiales, que se pueden insertar fácilmente en ambientes que requieren un bajo impacto ambiental.Una larga experiencia práctica sobre materiales plásticos y metálicos, respecto de la calidad y duración de esta antena mimetizada, incluso en condiciones climáticas extremas.

ANTENA MIMETIZADA

ÁRBOLES CAMUFLADOS

PALMERA COCOTERA

ESTRUCTURAS ROOFTOP CAMUFLADASEstructuras camufladas sobre las azoteas

ESTRUCTURAS CAMUFLADAS