las Antenas

ANTENAS

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. De igual manera es un transductor o conversor entre dos medios; La antena convierte la energía electromagnética de un cable en potencia electromagnética radiada en un espacio libre. Las diversas características de la antena determinarán la eficacia de esa conversión.


Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Es muy importante conseguir convertir la máxima energía enviada

Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda, las antenas se denominan elementales. Las antenas resonantes tienen dimensiones del orden de media longitud de onda.


La antena no debe consumir energía

1. Es importante que la antena concentre su energía radiada lo más eficazmente posible de la forma requerida.

De este modo, se puede alcanzar tanto un amplio margen de cobertura como reducir la potencia de transmisión, hasta que se consiga el margen exacto necesario.
Por lo tanto, la tecnología de la antena es una simple cuestión de ahorro de energía


Antenas para aviación

Antiguamente, las antenas de aviación siempre estaban colocadas fuera del avión pero actualmente, se domina la tecnología que permite integrar estas antenas al fuselaje y obtener, aún así, patrones de radiación satisfactorios.


Actualmente las antenas de los aviones están integradas en el fuselaje del avión.

DEBEMOS TENER ENCUENTA ESTOS CUATRO TERMINOS PARA PODER DESCRIBIR LO BUENA QUE ES UNA ANTENA-

ROE = Relación de Onda Estacionaria
G = Ganancia
D = Directividad
BW = Ancho de banda






Parámetros de una antena

Las antenas se caracterizan eléctricamente por una serie de parámetros, estando los más habituales descritos a continuación:

Diagrama de radiación (Patrón de radiación)

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena. Es habitual representar el módulo del campo eléctrico o la densidad de potencia radiada.

Ancho de banda

Es 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.

Directividad

Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la potencia total radiada dividida por el área de la esfera de radio r. La directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual a la directividad multiplicada por la eficiencia.
Ganancia
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección del máximo a una distancia r y la potencia total entregada a la antena dividida por el área de una esfera de radio r. La eficiencia de una antena es la relación entre la ganancia y la directividad. Dicha relación, coincide con la relación entre la potencia total radiada y la potencia entregada a la antena


Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. 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.
Anchura de haz
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la máxima. También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo.
Polarización
Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarizacion electromagnetica en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).
Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar (crosspolar) al diagrama de radiación con la polarización contraria.
Relación Delante/Atrás
Es la relación entre la potencia radiada en la dirección principal y la potencia radiada en la dirección opuesta. En inglés este parámetro se denomina Front to Back Ratio F/B.




Tipos básicos de antenas

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[] Las dimensiones suelen ser como máximo de una longitud de onda. Se utilizan extensamente en las bandas de MF, HF, VHF y UHF. Se pueden encontrar agrupaciones de antenas de hilo. Ejemplos de antenas de hilo son:
El monopolo vertical
El dipolo y su evolución, la antena Yagi
La antena espira
La antena hélice
Las antenas de hilo se analizan a partir de las corrientes eléctricas de los conductores.
Antenas helicoidales
Es un tipo especial de antena que se usa principalmente en VHF y UHF. Un conductor describe una hélice, consiguiendo así una polarización circular.

Antenas de apertura

La antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagnético de forma que concentran la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección, formando ángulos sólidos. La más conocida y utilizada es la antena parabólica, tanto en enlaces de radio terrestres como satélites. La ganancia de dichas antenas estará relacionada con la superficie de la parábola, a mayor tamaño mayor colimación del haz tendremos y por lo tanto mayor ganancia en una menor apertura angular. El elemento radiante es el alimentador, el cual puede iluminar en forma directa a la parábola o en forma indirecta mediante un subreflector, dependiendo del diseño de la misma. El alimentador está generalmente ubicado en el foco de la parábola. El alimentador, en sí mismo, también es una antena de apertura (se denominan antenas de bocina) que puede utilizarse sin reflector, cuando el objetivo es una cobertura más amplia (e.g. cuando se pretende cubrir la totalidad de la superficie de la tierra desde un satélite en órbita geoestacionaria).
Se puede calcular la directividad de este cierto tipo de antenas, , con la siguiente expresión, donde es el área y es la longitud de onda:


Reflectores parabólicos

Hay varios tipos de antenas de apertura, como la antena de bocina, la antena parabólica, la antena parabólica del Radar Doppler y superficies reflectoras en general.
Antenas planas
Un tipo particular de antena plana son las antenas de apertura sintética, típicas de los radares de apertura sintética (SAR).
Antenas con reflector
La manera de producir y recibir ondas electromagnéticas que viajan en el espacio sin hilos, es a través de reflectores parabólicos, también conocidos como antenas.
Su utilización radica en una propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco que está centrado en el paraboloide, en el caso de una antena receptora, en cambio si se trata de una antena emisora, las ondas que emanan del foco (dispositivo de emisión) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.

Tipos básicos de antenas con reflector

Antena Foco Primario
Foco primario
La superficie de estas antenas es un paraboloide de revolución. Las ondas electromagnéticas inciden paralelamente al eje principal, se reflejan y dirigen al foco.
El foco está centrado en el paraboloide.
Tienen un rendimiento máximo de aproximadamente el 60%, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% lo hace al foco y se aprovecha, el resto se pierde debido principalmente a dos efectos, el efecto spillover y el efecto bloqueo.
Su relativa gran superficie implica un menor ángulo de anchura del haz (3 dB), por lo que la antena debe montarse con mayor precisión que una antena offset normal. La lluvia y la nieve pueden acumularse en el plato e interferir en la señal; Además como el LNB va montado centralmente, bloquea muchas señales con su propia sombra sobre la superficie de la antena.

Antena Offset

Offset
Una antena offset esta formada por una sección de un reflector paraboloide de forma oval. La superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica (elipse). El punto focal no está montado en el centro del plato, sino a un lado del mismo (offset), de tal forma que el foco queda fuera de la superficie de la antena. Debido a esto, el rendimiento es algo mayor que en la de Foco Primario, pudiendo ser de un 70% o algo más.
Cassegrain
Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo reflector o subreflector. En el caso del reflector parabólico Cassegrain el subreflector es hiperbólico.
El reflector principal refleja la radiación incidente hacia el foco primario. El reflector secundario posee un foco en común con el reflector parabólico.
El sistema de alimentación está situado en el foco secundario, de manera que el centro de fases del alimentador coincide con el foco secundario del hiperboloide.
El paraboloide convierte una onda plana incidente en una esférica dirigida hacia el foco primario, que es entonces reflejada por el subreflector para formar una onda esférica incidente en el alimentador.

Antenas planas

Tipos básicos de antenas planas

Antenas de bucle magnético

Las antenas de bucle magnético consisten en un bucle de forma circular, octogonal o rectangular. El perimetro de la antena puede ser del orden de la longitud de onda, o bien bastante menor.
Estas antenas tienen una elevada direccionalidad, con el maximo de recepción en el plano de la antena, y el minimo en el plano perpendicular al plano de la antena,Finalmente, el ancho de banda es de unos pocos kilohertz, lo que significa que en caso de cambio de frecuencia require un nuevo ajuste de la impedancia.

Antenas Microstrip para aviones naves espaciales

Existen varios tipos de antenas microstrip, la más común es la antena parche.Esta antena es de banda estrecha y esta fabricada cubriendo los elementos de la antena en un metal con sustrato dieléctrico formando una superficie plana. Las formas más comunes de los parches son cuadrados, rectangulares, circulares y elípticas pero es posible cualquier forma.
Estas antenas suelen estar montadas en aviones ,naves espaciales o incorporadas a radios de comunicaciones móviles. Las antenas microstrip son baratas de construir gracias a su simple estructura .Estas antenas también son utilizadas en UHF ya que el tamaño de la antenas es directamente proporcional al ancho de banda de la frecuencia de resonancia .Una sola antena microstrip puede tener una ganacia de 6-9dBi.Un array de estas antenas consigue mayores ganancias que una sola antena microstrip. La antena microstrip más utilizada es la de parche rectangular .Esta antena es aproximadamente la mitad de la sección de la longitud de onda de la linea de transmisión de una microstrip rectangular. Una ventaja de estas antenas es la diversidad de polarización, pueden ser fácilmente diseñadas para estar polarizadas en vertical, horizontal, circular derecha o circular izquierda.

Antenas de apertura sintética (SAR)

Este tipo de antenas o radares ilumina una escena a través de una sucesión de pulsos en una frecuencia determinada. Una parte de la energía que se propaga (en todas direcciones) vuelve a la antena (eco).Un sensor mide la intensidad y el retardo de las señales emitidas y las que vuelven y con la interpretación de estos últimos se forman imágenes en función de la distancia al radar. Este radar es un sensor activo, ya que lleva su propia fuente de alimentación. Opera principalmente en la radiación microondas, lo que hace que sea más independiente de factores externos como lluvia, nubosidad o niebla. Esto permite la observación continua, incluso en horario nocturno.
Se trabaja en dominio discreto al hacer muestreo de las señales. Las imágenes radar están compuestas por muchos puntos o elementos, denominados píxeles. Cada píxel representa un eco de vuelta detectado.
Un satélite que utiliza este tipo de antena o radar es el European Remote Sensing Satellite (ERS).
Aplicaciones de las antenas planas
Radio digital por satélite
SAR
En cuanto a los SAR algunas de sus aplicaciones son:
Generación de modelos digitales de terreno. Se reconstruyen las altitudes de terreno a partir del desenrollado de fase de un interferograma. Esto tiene importantes aplicaciones que incluyen la planificación de redes de telecomunicación móvil, explotación geológica y planificación urbana. También es útil para la construcción de modelos topográficos en áreas remotas donde no se dispone de datos.
Control del hielo en el mar. La observación casi continua sin la influencia de las condiciones meteorológicas y la larga noche invernal proporciona datos para servicios de navegación en invierno. Con un estudio de este tipo se obtienen datos como localizaciones de masas de hielo, estimaciones del tipo de hielo y su concentración.
Clasificación de uso de tierra y monitorización de bosques. Se puede estudiar la respuesta en amplitud o intensidad de la señal o eco de retorno para controlar distintos tipos de cultivos, talas incontroladas, es decir, los diferentes cultivos se pueden identificar según sus efectos sobre la variación de la coherencia o sobre la respuesta espectral.
Identificación de depósitos materiales. Se pueden detectar los accidentes y estructuras que indican la presencia de depósitos minerales, bien sea para prospección con fines de explotación como de estudio.
Vigilancia de zonas costeras. Se utilizan este tipo de radares para controlar los efectos del crecimiento incontrolado en las zonas costeras. Algunos de estos efectos pueden ser acumulación de contaminantes, erosión, agotamiento rápido de recursos...
Inundaciones. Se pueden emplear estas técnicas para tener modelos hidrológicos y de cauces que sirvan como previsión.
Control de glaciares. Es posible medir con estos radares sus dimensiones así como controlar sus variaciones a lo largo del tiempo.

Antenas de dipolos

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.
Tipos básicos de antenas de dipolo
Dipolo corto

Dipolo de media onda
Dipolo doblado
Antena Yagi
Log periódica

Antenas en recepción