Antenas de telecomunicaciones - ACTA

1 Antenas de telecomunicaciones Jos Manuel Huidobro Revista Digital de ACTA. 2013. Publicaci n patrocinada por Atenas de telecomunicaciones 2013, Jos Manuel Huidobro 2013, Cualquier forma de reproducci n, distribuci n, comunicaci n p blica o transformaci n de esta obra solo puede ser realizada con la autorizaci n de sus titulares, salvo excepci n prevista por la ley. Se autorizan los enlaces a este art culo. ACTA no se hace responsable de las opiniones personales reflejadas en este art culo. INTRODUCCI N. Para recibir o emitir se ales radioel ctricas a trav s de un medio a reo son necesarios unos dispositivos especiales, denominados Antenas , de los que hay muchos tipos y variedades, que dependiendo de sus caracter sticas constructivas tendr n mayor o menor potencia (ganancia) y precisi n (directividad), as como soportar n unas bandas u otras de frecuencia.

2 Una antena es un dispositivo dise ado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagn ticas hacia/desde el espacio libre. Una antena transmisora transforma corrientes el ctricas en ondas electromagn ticas, y una receptora realiza la funci n inversa. En el caso de que las Antenas est n conectadas por medio de gu a ondas, esta funci n de transformaci n se realiza en el propio emisor o receptor. Se utilizan en la radio, televisi n, tel fonos m viles, routers inal mbrcos, mandos remotos, etc., unas veces visibles y otras ocultas en el interior del propio dispositivo. El elemento radiante (dipolo, bocina, o cualquier otro) es capaz, al mismo tiempo, de captar energ a que, tras ser amplificada convenientemente, llega al receptor y puede ser tratada para su utilizaci n.

3 As , pues, en el extremo transmisor de un sistema de radiocomunicaciones, una antena convierte la energ a el ctrica que viaja por una l nea de transmisi n en ondas electromagn ticas que se emiten al espacio. En el extremo receptor, una antena convierte las ondas electromagn ticas en el espacio en energ a el ctrica en una l nea de transmisi n. El funcionamiento de una antena lo podemos explicar de acuerdo con la ilustraci n de ondas estacionarias en una l nea de transmisi n (figura 1). Ondas radiadas a). b). Figura 1. Radiaci n de una l nea de transmisi n. (A) radiaci n de l nea de transmisi n; (b) conductores divergentes Jos Manuel Huidobro /1. Antenas de telecomunicaciones La l nea de transmisi n termina en un circuito abierto, que representa una discontinuidad abrupta para la onda incidente de voltaje o de corriente.

4 La inversi n de fase hace que se radie algo del voltaje incidente, sin reflejarse hacia la fuente. La energ a radiada se propaga alej ndose de la antena, en forma de ondas electromagn ticas transversales. La eficiencia de radiaci n es la relaci n de la energ a irradiada entre la energ a reflejada. LA INVENCI N DE LA ANTENA. Alexandr Step novich Popov es reconocido como el inventor de la antena. Hijo de un sacerdote ortodoxo fue uno de los pocos ingenieros rusos de la poca (siglo XIX) que adem s se interes . por la electricidad y sus posibilidades. Estudi f sica y matem ticas en la universidad de San Petersburgo (Rusia) y cuando se gradu , en el a o 1885, comenz su estudio por la f sica de manera m s intensa, estudiando las teor as de otros investigadores como Hertz y Maxwell.

5 Entre uno de sus logros m s importantes se encuentra un dispositivo que ten a la peculiaridad de registrar y captar las perturbaciones el ctricas de la atm sfera. Lo cierto es que este dispositivo lo descubri por casualidad y se trataba de algo parecido a una varilla conductora que se levantaba "en direcci n al cielo", de manera que pudiera captar la energ a de las tormentas. Estaba compuesta de manera que pudiera percibir las ondas electromagn ticas originadas artificialmente. Sin darse cuenta y de la forma rudimentaria "acaba de inventar la antena". Figura 2. Popov, considerado como el inventor de la antena. En el a o 1897, cuando Popov estudi las teor as de Heinrich Hertz, experiment que la sensibilidad del aparato cohesor aumentaba al unirlo a un hilo conductor que dejo suspendido en una cometa.

6 De esta forma la capacidad de recepci n era mejor y, adem s, permit a un mayor rango de longitudes de onda (frecuencias). En estas fechas dej patente todo esto con una de las pruebas m s importantes que dise de la siguiente manera: equip una estaci n de tierra en la ciudad de Kronstadt y a un crucero ruso con todos los aparatos de comunicaci n inal mbricas que eran necesarios, y de esta manera consigui realizar la primera comunicaci n entre un nav o que se encontraba en alta mar con la costa, siendo la distancia entre ambos puntos de 600. yardas. 2/ Jos Manuel Huidobro Antenas de telecomunicaciones El invento de la antena fue muy importante en su momento, pero sobre todo posteriormente, porque permiti al italiano Guillermo Marconi poner en marcha su sistema de radio sin hilos, y sirvi para superar algunos inconvenientes que exist an con las transmisiones a largas distancias.

7 EMISI N Y RECEPCI N. El origen de las ondas electromagn ticas se basa en el hecho de que toda carga el ctrica en movimiento emite energ a en forma de onda electromagn tica, siendo la frecuencia de esta onda la misma que la del movimiento de la carga. Un campo electromagn tico se caracteriza por su frecuencia o longitud de onda y su intensidad (potencia), as como por la polarizaci n (variaci n con el tiempo de la direcci n de la intensidad de campo en un punto determinado del espacio) y la modulaci n empleada. Tanto la Intensidad de campo el ctrico (E) como la Intensidad de campo magn tico (H) son magnitudes vectoriales, funci n de la posici n y del instante, que se relacionan con las fuerzas electrost ticas y electromagn ticas y se miden en voltios/metro y amperios/metro (o su equivalente en teslas).

8 Para su medici n se emplea un sensor (sonda) apropiado, capaz de detectar ambos campos y reflejar el valor de su intensidad en la escala del aparato de medici n, que se puede relacionar con la densidad de potencia en el punto, mediante una f rmula matem tica. No toda la potencia que se entrega a una antena se irradia, pues parte de ella se convierte en calor y se disipa. A la hora de estudiar las Antenas , sus diferentes tipos y el modo en el que consiguen la propagaci n o recepci n de las ondas electromagn ticas, es conveniente presentar el concepto de campo cercano y de campo lejano . Figura empleada en telefon a m vil. CAMPO CERCANO Y LEJA NO. El t rmino campo cercano se refiere al patr n de campo que est cerca de la antena, y el t rmino campo lejano (tambi n conocido como zona de Fraunhofer) se refiere al patr n de campo que est a gran distancia.

9 Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que est en el campo cercano regresa a la antena. Esta acci n es Jos Manuel Huidobro /3. Antenas de telecomunicaciones similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energ a. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducci n. La potencia que alcanza el campo lejano contin a irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo lejano se llama campo de radiaci n. La potencia de radiaci n, por lo general, es la m s importante de las dos; por consiguiente, los patrones de radiaci n de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano.

10 Es decir: El campo cercano debe ser para br<<1. El campo lejano debe ser para br>>1. Donde: r es la distancia de la antena al punto P de observaci n del campo y b para el espacio libre es 2 / , donde es la longitud de la onda Par metros de una antena Las Antenas se comportan de igual manera en recepci n que en emisi n y se caracterizan por una serie de par metros, entre los m s habituales: respuesta en frecuencia, polarizaci n, ganancia, longitud y rea efectiva, peso, dimensiones, tipos de conectores, resistencia al viento, etc. Los m s importantes, a nivel el ctrico, se describen a continuaci n: Ancho de banda. Es el margen de frecuencias en el cual los par metros de la antena cumplen unas determinadas caracter sticas.