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Antenas una explicación de su funcionamiento (y III)

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Viene de Antenas una explicación de su funcionamiento (II)

Algunas antenas

A continuación se nombrarán algunas antenas.

Gráfica 7: Antena ¼ de longitud de onda con plano de tierra

¼ de longitud de onda con plano de tierra

Este tipo de antena es de bajo costo y fácil desarrollo, corresponden a 4 o 5 elementos de ¼ del tamaño de la longitud de onda, por lo que es preferible usar frecuencias altas, en especial para construcciones caceras. Uno de los elementos va perpendicular al plano de tierra y el resto a un ángulo de 30 o 40 grados respecto al plano de tierra en dirección contraria al primer segmento.

Un ejemplo de esta antena se muestra en la gráfica 7. La ganancia de esta antena se encuentra del orden de 2 a 4 dBi. Y es posible variar levemente las dimensiones para lograr mejorar la ganancia en alguna dirección.

Antena Yagi

Gráfica 8. Diferentes antenas tipo yagi

Es una antena similar a la que se usaba antes para la señal del televisor. Cuenta con un elemento activo que es el encargado de emitir la señal y a dónde va conectado el cable o guía de onda a usar, este elemento es equivalente a un dipolo de media onda de alimentación central, este elemento puede ser acompañado por reflectores que concentran la señal en los demás elementos, llamados directores, cuya longitud es ½ de la longitud de onda de la señal usada y su distancia de separación va entre 0.2 y ½ de la longitud de onda.
Es una antena direccional donde la dirección es paralela hacia donde mira el eje que sujeta los directores. La ganancia dependerá del número de directores. El ancho del haz es de 10 a 20 grados y la ganancia de 10 a 20 dBi.

Gráfica 9: Dipolo hertziano portador de corriente I=I0cos wt

Dipolo Hertziano

La realización de esta antena no es sencilla debido a que las dimensiones son muy pequeñas lo que impide hacer un acople correcto con la guía de onda. Además que las corrientes en los extremos no será cero creando una diferencia con la teoría. A pesar de esto, debe ser estudiada como referente teórico para las demás antenas. Corresponde a un elemento e corriente infinitesimal I dI. Se parte de un dipolo hertziano ubicado en el origen como se muestra en la gráfica 9.

Por medio de teoría de fases podemos llegar a:

 

Donde  y r la distancia a P.

A partir de esto y por medio de la definición del vector de pointing se puede hallar que la potencia de radiación es:

Rrad se define como la resistencia de radiación y es necesario que sea un número elevado para poder lanzar gran cantidad de potencia al espacio y puede ser despejada de:

El análisis partió de un dipolo infinitesimal principal impedimento para la realización de esta antena, haciéndola posiblemente utópica.

Antena dipolo de ½ onda

Gráfica 10: Antena plana dipolo de media onda.

Su nombre se debe a que su longitud es de media longitud de onda, anteriormente hablamos de la antena yagi, la cual partía de un dipolo de media onda. Al hacer un análisis similar al realizado con el dipolo hertziano obtenemos que la resistencia de radiación de esta antena es aproximadamente 73 ohm y la potencia Prad=36.56 I02.

La resistencia de radiación de esta antena es la misma resistencia de entrada si la antena se considera sin perdidas. Sin embargo, para poder explicar el tamaño, se ha demostrado que cuando l=0.485? la parte reactiva de la impedancia se vuelve cero y el elemento se vuelve resonante, aspecto importante para una antena (como se habla en la primera parte del documento). Es por esto que la longitud se aproxima a la mitad de la longitud de onda. Y debido a la resistencia de radiación, los cables coaxiales se diseñan para tener una impedancia de 75 Ohm.

Referencias

En el texto:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] Radio comunication unit of the ICTP ARPL Handbook. Chapter 4. Spanish version. http://wndw.net/pdf/wndw-es/chapter4-es.pdf

[2] Ultra-Wide-Band Printed Circular Dipole Antenna. Computer Simulation Technology.

http://www.cst.com/Content/Applications/Article/Ultra-Wide-Band+Printed+Circular+Dipole+Antenna

[3] Sadiku, Matthew N.O., Elementos de electromagnetismo.

Textos de apoyo:

  1. The W1GHZ Online Microwave Antenna Book, Pawl Wade W1GHZ. http://www.w1ghz.org/antbook/contents.htm
  2. Radio comunication unit of the ICTP ARPL Handbook. Chapter 4.
  3. www.wikipedia.org

Direcciones de las otras imágenes: