ANTENAS/LINEAS DE TRANSMISION
Tipos de Antena
Frecuencia y tamaño
Las antenas utilizadas para HF son diferentes de las antenas utilizadas para VHF
La longitud de onda es diferente a diferentes frecuencias
las antenas deben ser diferentes en tamaño para radiar señales a la correcta longitud de onda.
Directividad
Las antenas pueden ser omnidireccionales, sectoriales o directivas.
Las antenas omnidireccionales irradian aproximadamente la misma seña alrededor de la antena en un patrón completo de 360.º
Las direccionales o directivas son antenas en las cuales el ancho del haz es mucho más angosto que en las antenas sectoriales.
Tipos de Antenas
Antena de 1/4 de longitud con plano de tierra
simple en su construcción y es útil para las comunicaciones cuando el tamaño, el costo y la facilidad de construcción son importantes.
La ganancia de esta antena es del orden de los 2-4 dBi.
Antena Yagi-Uda
Yagi-Uda básica consiste en un cierto número de elementos rectos que miden, cada uno, aproximadamente la mitad de la longitud de onda.
El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media onda con alimentación central.
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.
Antena bocina
La porción acampanada puede ser cuadrada, rectangular, cilíndrica o cónica.
La dirección de máxima radiación se corresponde con el eje de la campana.
Se puede alimentar sencillamente con una guía de onda
Las antenas bocina se utilizan comúnmente como el elemento activo en una antena de plato.
Plato parabólico
La ventaja principal es que pueden construirse para tener una ganancia y una directividad tan grande como sea necesario.
La desventaja principal es que los platos grandes son difíciles de montar y podrían sufrir los efectos del viento.
Los platos de hasta un metro generalmente están hechos de material sólido.
BiQuad
fácil de armar y ofrece buena directividad y ganancia para las comunicaciones punto-a-punto.
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.
Esta antena tiene un ancho del haz de aproximadamente 70 grados y una ganancia en el orden de 10-12 dBi.
Antenas Log Periodic
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.
se usan en espacios blancos (white spaces) que necesitan la capacidad para trabajar en canales muy diferentes.
El transmisor genera la energía de RF
El enlacce entre ambos es la línea de transmisión de Rf
EL propósito es transportar la energía de RF de un lugar hacia el otro de la forma mas segura y eficaz.
El cable RF debe mantener la integridad de las señales en ambas direcciones.
La antena es responsable de captar las señales de radio desde el aire y pasar con la mínima distorsión.
La línea de transmisión más simple que se imagina es la bifilar o de dos hilos
Consiste en dos conductores separados por un dieléctrico o aisalnte.
El dielétrico puede ser aire o un plástico
La transmisión bifilar en un extremo no va a irradiar porque la corriente en cada cable tiene el mismo valor pero una dirección opuesta.
Línea de transmisión bifilar
Línea de transmisión convertida en antena
CABLES
Cable Coaxial
Tienen un conductor central recubierto por un material no conductor denominado dieléctrico, o simplemente aislante.
El dieléctrico se recubre con una pantalla conductora envolvente a menudo en forma de malla.
El dieléctrico evita una conexión eléctrica entre el conductor central y la pantalla.
Está protegido por un recubrimiento generalmente de PVC.
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
Puntos claves para elegir un cable
Cuanto más corto mejor La primer regla cuando instalamos un cable es la de hacerlo lo más corto posible.
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.
Evite usar RG-58: fue pensado para redes Ethernet delgadas, CB o radio de VHF, no para microondas.
Evite usar RG-213 o RG-8: fueron diseñados para CB y radio de HF.
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.
Siempre que sea posible utilice cables que ya tengan los conectores, y que hayan sido probados en un laboratorio apropiado.
La instalación de los conectores en el cable es una tarea delicada y se hace difícil realizarla adecuadamente aún teniendo las herramientas necesarias.
Nunca pise los cables, no los doble demasiado o trate de desenchufar un conector halando el cable directamente.
Rastrear y reconocer este tipo de problemas no es tarea fácil, y esto
puede llevar a un comportamiento impredecible del radioenlace.
Para distancias muy cortas, un cable delgado de buena calidad
puede ser adecuado ya que no introduce demasiada atenuación.
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.
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.
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.
son ideales para la terminación de cables coaxiales miniatura o subminiatura (RG-58 a RG-179, RG-316, etc.).
Tienen un desempeño aceptable hasta unos pocos cientos de MHz.
Los conectores TNC también fueron inventados por Neill y Concelman, y son una versión roscada de los BNC.
funcionan bien hasta unos 12 GHz.
Su sigla TNC se debe al inglés (Neill-Concelman con Rosca, por Threaded Neill-Concelman).
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.
Las uniones del cable al conector macho o hembra son supuestamente impermeables, lo que da un agarre efectivo.
Para uso en exteriores deberían envolverse en cinta autoaglomerante para evitar que el agua penetre.
SMA es un acrónimo de Sub Miniatura versión A, y fue desarrollado en los 60.
SMA son unidades subminiatura de precisión que proveen excelentes prestaciones eléctricas hasta más de 18 GHz.
Estos conectores de alto desempeño son de tamaño compacto y tienen una extraordinaria durabilidad.
Los SMB cuyo nombre deriva de Sub Miniatura B, son el segundo diseño subminiatura.
Una versión más pequeña de los SMA con un acoplamiento a presión.
Son adecuados hasta 4 GHz con un diseño de conector de presión.
Los conectores MCX se introdujeron en los 80.
Esta serie proporciona opciones a los diseñadores cuando el peso y el espacio físico son limitados.
MCX tiene una capacidad de banda ancha de 6 GHz con un diseño de conector a presión.
Estos conectores especiales a menudo se acoplan a los otros elementos del sistema de microondas utilizando un cable delgado y corto llamado latiguillo
Conectores Especiales
RP-TNC. Es un conector TNC con el género invertido.
U.FL (también conocido como MHF). Probablemente es el conector de microondas más pequeño utilizado ampliamente en la actualidad.
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.
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.
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.
Los adaptadores coaxiales (o simplemente adaptadores), son conectores cortos usados para unir dos cables, o dos componentes que no se pueden conectar directamente.
Conectores
AMPLIFICADORES
las antenas no crean potencia.
simplemente dirigen toda a potencia disponible en un patrón particular.
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.
Las antenas de alta no sólo mejoran la cantidad disponible de señal sino que tienden a rechazar ruido desde otras direcciones.
Los amplifcadores generan ruido para otros usuarios de la banda.
Utilizar amplifcadores puede ser ilegal. Cada país impone límites de potencia para el espectro sin licenciamiento.
Las antenas cuestan mucho menos que los amplifcadores y se puede mejorar un enlace simplemente cambiando la antena de un extremo.
GLOSARIO DE ANTENAS
INPEDANCIA DE ENTRADA
Las antenas y sus líneas de transmisión generalmente están diseñadas para una impedancia de 50Ω.
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.
PERDIDA DE RETORNO
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.
Return Loss (in dB) = 10 log10 Pi/Pr
una pérdida de retorno elevada implica un funcionamiento inaceptable de la antena.
Return Loss (in dB) = 20 log10 (VSWR+1 / VSWR-1)
ANCHO DE 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.
El ancho de banda también puede ser descrito en términos de porcentaje de la frecuencia central de la banda:
Bandwidth = 100 (FH – FL )/FC
DIRECTIVIDAD Y GANANCIA
es la habilidad de una antena de transmitir enfocando la energía en una dirección particular, o de recibirla de una dirección particular.
La ganancia no es una cantidad que pueda ser defnida en términos de una cantidad física como vatios u ohmios
La antena isotrópica irradia en todas direcciones con la misma intensidad
Una ganancia de antena de 3dB comparada con una isotrópica debería ser escrita como 3dBi.
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.
PATRON DE RADIACION
describe la intensidad relativa del campo radiado en varias direcciones desde la antena a una distancia constante.
es también de recepción, porque describe las propiedades de recepción de la antena.
El patrón de radiación es tridimensional, pero generalmente lo que se publica de este es una porción bidimensional del patrón tridimensional
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.
La distancia angular entre los puntos de mitad potencia se defne como el 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.
LOBULOS LATERALES
Ninguna antena es capaz de irradiar toda la energía en una dirección preferida.
Alguna energía se irá en otras direcciones.
Estos pequeños picos se conocen como lóbulos laterales y se especifcan en dB por debajo del lóbulo principal.
POLARIZACION
se defne como la orientación del campo eléctrico de una onda electromagnética.
La polarización inicial de una onda de radio es determinada por la antena.
La mayor parte de las antenas está polarizada vertical u horizontalmente.
La polarización de las antenas transmisoras y receptoras deben coincidir o se produce una gran pérdida
El campo eléctrico puede dejar la antena en una orientación vertical, horizontal o en algún ángulo entre los dos.
DISCORDANCIA DE POLARIZACION
Cuando las antenas no están alineadas o no tienen la misma polarización
Cuando las antenas transmisora y receptora están polarizadas linealmente, una desalineación física entre ellas va a resultar en una pérdida por discordancia de polarización
puede ser determinada utilizando la siguiente fórmula:
Loss (dB) = 20 log10(cos θ)
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.
En el mundo real, la pérdida debida a una discordancia en polarización de 90° es bastante grande pero no infnita.
RELAICON DE GANANCIA ADELANTE/ATRAS
APERTURA DE LA ANTENA
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.
La apertura de una antena es proporcional a la ganancia.
la apertura de la antena debe derivarse a partir de la fórmula de la ganancia.
GUIAS DE ONDA
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.
Una guía de onda es un tubo conductor a través del cual se
transmite la energía en la forma de ondas electromagnéticas.
El tubo actúa
como un contenedor que confna las ondas en un espacio cerrado.
El efecto
de Faraday atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía.
Los
campos electromagnéticos son propagados a través de la guía de onda por
medio de reflexiones en sus paredes internas
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
VALORES AL MODO DOMINANTE