Teoría de la antena - Guía rápida

Una persona que necesita transmitir un pensamiento, una idea o una duda, puede hacerlo voice communication.

La siguiente ilustración muestra a dos personas comunicándose entre sí. Aquí, la comunicación tiene lugar a través desound waves. Sin embargo, si dos personas quieren comunicarse que están a distancias más largas, entonces tenemos que convertir estas ondas sonoras enelectromagnetic waves. El dispositivo, que convierte la señal de información requerida en ondas electromagnéticas, se conoce comoAntenna.

¿Qué es una antena?

Una antena es un transductor que convierte la energía eléctrica en ondas electromagnéticas y viceversa.

Una antena se puede utilizar como transmitting antenna o un receiving antenna.

  • UN transmitting antenna es uno, que convierte señales eléctricas en ondas electromagnéticas y las irradia.

  • UN receiving antenna es uno, que convierte las ondas electromagnéticas del haz recibido en señales eléctricas.

  • En la comunicación bidireccional, se puede utilizar la misma antena tanto para la transmisión como para la recepción.

La antena también se puede denominar como Aerial. Plural de esto es,antennae o antennas. Hoy en día, las antenas han sufrido muchos cambios, de acuerdo con su tamaño y forma. Hay muchos tipos de antenas dependiendo de su amplia variedad de aplicaciones.

Las siguientes imágenes son ejemplos de diferentes tipos de antenas.

En este capítulo, aprenderá los conceptos básicos de antena, especificaciones y diferentes tipos de antenas.

Necesidad de antena

En el campo de los sistemas de comunicación, siempre que surge la necesidad de una comunicación inalámbrica, surge la necesidad de una antena. Antennatiene la capacidad de enviar o recibir ondas electromagnéticas por el bien de la comunicación, donde no se puede esperar instalar un sistema de cableado. El siguiente escenario explica esto.

Guión

Para contactar con un área remota, el cableado debe estar tendido a lo largo de todo el recorrido a lo largo de los valles, las montañas, los tediosos caminos, los túneles, etc., para llegar a la ubicación remota. La evolución de la tecnología inalámbrica ha simplificado todo este proceso. La antena es el elemento clave de esta tecnología inalámbrica.

En la imagen superior, las antenas ayudan a establecer la comunicación en toda la zona, incluidos los valles y montañas. Obviamente, este proceso sería más fácil que colocar un sistema de cableado en toda el área.

Mecanismo de radiación

La única funcionalidad de una antena es power radiationo recepción. La antena (ya sea que transmita, reciba o haga ambas cosas) se puede conectar a los circuitos de la estación a través de una línea de transmisión. El funcionamiento de una antena depende del mecanismo de radiación de una línea de transmisión.

Un conductor, que está diseñado para transportar corriente a grandes distancias con pérdidas mínimas, se denomina transmission line. Por ejemplo, un cable que está conectado a una antena. Una línea de transmisión que conduce corriente con velocidad uniforme, y la línea es recta con extensión infinita,radiates no power.

Para que una línea de transmisión se convierta en una guía de ondas o irradie energía, debe procesarse como tal.

  • Si la energía tiene que irradiarse, aunque la conducción de la corriente sea con velocidad uniforme, el cable o la línea de transmisión debe doblarse, truncarse o terminarse.

  • Si esta línea de transmisión tiene corriente, que se acelera o desacelera con una constante variable en el tiempo, entonces irradia la energía aunque el cable esté recto.

  • El dispositivo o tubo, si se dobla o termina para irradiar energía, entonces se llama waveguide. Se utilizan especialmente para la transmisión o recepción de microondas.

Esto se puede entender bien observando el siguiente diagrama:

El diagrama anterior representa una guía de ondas que actúa como antena. La energía de la línea de transmisión viaja a través de la guía de ondas que tiene una apertura para irradiar la energía.

Tipos básicos de antenas

Las antenas se pueden dividir en varios tipos dependiendo de:

  • La estructura física de la antena.

  • Los rangos de frecuencia de funcionamiento.

  • El modo de aplicaciones, etc.

Estructura física

A continuación se muestran los tipos de antenas según la estructura física. Aprenderá sobre estas antenas en capítulos posteriores.

  • Antenas de alambre
  • Antenas de apertura
  • Antenas reflectoras
  • Antenas de lentes
  • Antenas de micro tira
  • Antenas de matriz

Frecuencia de operación

A continuación se muestran los tipos de antenas según la frecuencia de funcionamiento.

  • Muy baja frecuencia (VLF)
  • Baja frecuencia (LF)
  • Frecuencia media (MF)
  • Alta frecuencia (HF)
  • Muy alta frecuencia (VHF)
  • Frecuencia ultra alta (UHF)
  • Super alta frecuencia (SHF)
  • Microondas
  • Onda de radio

Modo de aplicaciones

A continuación se muestran los tipos de antenas según los modos de aplicación:

  • Comunicaciones punto a punto
  • Aplicaciones de radiodifusión
  • Comunicaciones por radar
  • Comunicaciones por satélite

Los parámetros básicos de comunicación se analizan en este capítulo para tener una mejor idea sobre la comunicación inalámbrica mediante antenas. La comunicación inalámbrica se realiza en forma de ondas. Por lo tanto, necesitamos echar un vistazo a las propiedades de las ondas en las comunicaciones.

En este capítulo, vamos a discutir sobre los siguientes parámetros:

  • Frequency
  • Wavelength
  • Emparejamiento de impedancia
  • VSWR y potencia reflejada
  • Bandwidth
  • Ancho de banda porcentual
  • Intensidad de radiación

Ahora, aprendamoslos en detalle.

Frecuencia

De acuerdo con la definición estándar, “La tasa de repetición de una onda durante un período de tiempo particular, se denomina como frequency. "

Simplemente, la frecuencia se refiere al proceso de la frecuencia con la que ocurre un evento. Una onda periódica se repite después de cada‘T’ segundos (período de tiempo). Frequency de onda periódica no es más que el recíproco del período de tiempo (T).

Expresión matemática

Matemáticamente, está escrito como se muestra a continuación.

$$f = \frac{1}{T}$$

Dónde

  • f es la frecuencia de onda periódica.

  • T es el período de tiempo en el que se repite la onda.

Unidades

La unidad de frecuencia es Hertz, abreviado como Hz.

La figura dada arriba representa una onda sinusoidal, que se traza aquí para Voltaje en milivoltios frente al tiempo en milisegundos. Esta onda se repite cada 2 t milisegundos. Entonces, período de tiempo, T = 2t milisegundos y frecuencia,$f = \frac{1}{2T}KHz$

Longitud de onda

Según la definición estándar, “La distancia entre dos puntos máximos consecutivos (crestas) o entre dos puntos mínimos consecutivos (valles) se conoce como wavelength. "

Simplemente, la distancia entre dos picos positivos inmediatos o dos picos negativos inmediatos no es más que la longitud de esa onda. Puede denominarse comoWavelength.

La siguiente figura muestra una forma de onda periódica. loswavelength (λ)y la amplitud se indican en la figura. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda y viceversa.

Expresión matemática

La fórmula para la longitud de onda es,

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

Dónde

  • λ es la longitud de onda

  • c es la velocidad de la luz$3 * 10^{8}$ metros / segundo)

  • f es la frecuencia

Unidades

La longitud de onda λse expresa en unidades de longitud como metros, pies o pulgadas. El término comúnmente utilizado esmeters.

Coincidencia de impedancia

Según la definición estándar, “El valor aproximado de impedancia de un transmisor, cuando es igual al valor aproximado de la impedancia de un receptor, o viceversa, se denomina como Impedance matching. "

La adaptación de impedancia es necesaria entre la antena y los circuitos. La impedancia de la antena, la línea de transmisión y los circuitos deben coincidir para quemaximum power transfer tiene lugar entre la antena y el receptor o el transmisor.

Necesidad de emparejamiento

Un dispositivo resonante es aquel que ofrece una mejor salida en cierta banda estrecha de frecuencias. Las antenas son talesresonant devices cuya impedancia, si coincide, ofrece una mejor salida.

  • La potencia irradiada por una antena, se irradiará efectivamente, si el antenna impedance coincide con la impedancia del espacio libre.

  • Para receiver antenna, la impedancia de salida de la antena debe coincidir con la impedancia de entrada del circuito amplificador del receptor.

  • Para transmitter antenna, la impedancia de entrada de la antena debe coincidir con la impedancia de salida del amplificador del transmisor, junto con la impedancia de la línea de transmisión.

Unidades

La unidad de impedancia (Z) es Ohms.

VSWR y potencia reflejada

Según la definición estándar, “La relación entre el voltaje máximo y el voltaje mínimo en una onda estacionaria se conoce como Voltage Standing Wave Ratio. "

Si la impedancia de la antena, la línea de transmisión y los circuitos no coinciden, la potencia no se irradiará de manera eficaz. En cambio, parte del poder se refleja.

Las características clave son:

  • El término, que indica la falta de coincidencia de impedancia es VSWR.

  • VSWRsignifica relación de onda estacionaria de voltaje. También se llama comoSWR.

  • Cuanto mayor sea la falta de coincidencia de impedancia, mayor será el valor de VSWR.

  • El valor ideal de VSWR debe ser 1: 1 para una radiación efectiva.

  • El poder reflejado es el poder desperdiciado del poder delantero. Tanto la potencia reflejada como la VSWR indican lo mismo.

Banda ancha

Según la definición estándar, “Una banda de frecuencias en una longitud de onda, especificada para la comunicación particular, se conoce como bandwidth. "

La señal, cuando se transmite o recibe, se realiza en un rango de frecuencias. Este rango particular de frecuencias se asigna a una señal en particular, de modo que otras señales no interfieran en su transmisión.

  • Bandwidth es la banda de frecuencias entre las frecuencias más altas y más bajas por las que se transmite una señal.

  • El ancho de banda una vez asignado, no puede ser utilizado por otros.

  • Todo el espectro se divide en anchos de banda para asignar a diferentes transmisores.

El ancho de banda, que acabamos de discutir, también se puede llamar como Absolute Bandwidth.

Ancho de banda porcentual

Según la definición estándar, “La relación entre el ancho de banda absoluto y la frecuencia central de ese ancho de banda se puede denominar como percentage bandwidth. "

La frecuencia particular dentro de una banda de frecuencia, en la que la intensidad de la señal es máxima, se denomina como resonant frequency. También se llama comocenter frequency (fC) de la banda.

  • Las frecuencias más altas y más bajas se indican como fH and fL respectivamente.

  • El ancho de banda absoluto viene dado por- fH - fL.

  • Para saber qué tan amplio es el ancho de banda, fractional bandwidth o percentage bandwidth tiene que ser calculado.

Expresión matemática

los Percentage bandwidth se calcula para saber cuánta variación de frecuencia puede manejar un componente o un sistema.

$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

Dónde

  • ${f_{H}}$ es de mayor frecuencia

  • ${f_{L}}$ es de menor frecuencia

  • ${f_{c}}$ es la frecuencia central

Cuanto mayor sea el porcentaje de ancho de banda, mayor será el ancho de banda del canal.

Intensidad de radiación

"Radiation intensity se define como la potencia por unidad de ángulo sólido "

La radiación emitida por una antena que es más intensa en una dirección particular, indica la intensidad máxima de esa antena. La emisión de radiación en la mayor medida posible no es más que la intensidad de la radiación.

Expresión matemática

La intensidad de radiación se obtiene multiplicando la potencia radiada por el cuadrado de la distancia radial.

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

Dónde

  • U es la intensidad de la radiación

  • r es la distancia radial

  • Wrad es el poder irradiado.

La ecuación anterior denota la intensidad de radiación de una antena. La función de la distancia radial también se indica comoΦ.

Unidades

La unidad de intensidad de radiación es Watts/steradian o Watts/radian2.

La intensidad de radiación de una antena está estrechamente relacionada con la dirección del haz enfocado y la eficiencia del haz hacia esa dirección. En este capítulo, echemos un vistazo a los términos que tratan estos temas.

Directividad

Según la definición estándar, “La relación entre la intensidad de radiación máxima de la antena en cuestión y la intensidad de radiación de una antena isotrópica o de referencia, que irradia la misma potencia total se denomina directivity. "

Una antena irradia energía, pero la dirección en la que irradia importa mucho. La antena, cuyo rendimiento se está observando, se denomina comosubject antenna.

Sus radiation intensityestá enfocado en una dirección particular, mientras está transmitiendo o recibiendo. Por lo tanto, se dice que la antena tiene sudirectivity en esa dirección particular.

  • La relación entre la intensidad de la radiación en una dirección dada desde una antena y la intensidad de la radiación promediada en todas las direcciones se denomina directividad.

  • Si no se especifica esa dirección en particular, entonces la dirección en la que se observa la máxima intensidad puede tomarse como la directividad de esa antena.

  • La directividad de una antena no isótropa es igual a la relación entre la intensidad de la radiación en una dirección dada y la intensidad de la radiación de la fuente isótropa.

Expresión matemática

La potencia radiada es función de la posición angular y la distancia radial del circuito. Por lo tanto, se expresa considerando ambos términosθ y Ø.

$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$

Dónde

  • ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ es la máxima intensidad de radiación de la antena del sujeto.

  • ${\phi_{0}}$ es la intensidad de radiación de una antena isótropa (antena con cero pérdidas).

Eficiencia de apertura

Según la definición estándar, "Aperture efficiency de una antena, es la relación entre el área de radiación efectiva (o área efectiva) y el área física de la apertura ".

Una antena tiene una abertura a través de la cual se irradia la energía. Esta radiación debería ser eficaz con pérdidas mínimas. También debe tenerse en cuenta el área física de la apertura, ya que la eficacia de la radiación depende del área de la apertura, físicamente en la antena.

Expresión matemática

La expresión matemática para la eficiencia de apertura es la siguiente:

$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$

dónde

  • $\varepsilon_{A}$ es la eficiencia de apertura.

  • ${A_{eff}}$ es área efectiva.

  • ${A_{p}}$ es area fisica.

Eficiencia de la antena

Según la definición estándar, "Antenna Efficiency es la relación entre la potencia radiada de la antena y la potencia de entrada aceptada por la antena ".

Simplemente, una antena está destinada a irradiar potencia dada en su entrada, con pérdidas mínimas. La eficiencia de una antena explica cuánto puede una antena entregar su salida de manera efectiva con pérdidas mínimas en la línea de transmisión.

Esto se llama de otra manera como Radiation Efficiency Factor de la antena.

Expresión matemática

La expresión matemática para la eficiencia de la antena se da a continuación:

$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$

Dónde

  • $\eta_{e}$es la eficiencia de la antena.

  • ${P_{rad}}$ es el poder irradiado.

  • ${P_{input}}$ es la potencia de entrada de la antena.

Ganancia

Según la definición estándar, "Gain de una antena es la relación entre la intensidad de la radiación en una dirección dada y la intensidad de la radiación que se obtendría si la potencia aceptada por la antena se irradiara isotrópicamente ".

Simplemente, la ganancia de una antena tiene en cuenta la directividad de la antena junto con su rendimiento efectivo. Si la potencia aceptada por la antena se irradió isotrópicamente (es decir, en todas las direcciones), entonces la intensidad de radiación que obtenemos puede tomarse como referencia.

  • El termino antenna gain describe cuánta potencia se transmite en la dirección del pico de radiación a la de una fuente isotrópica.

  • Gain generalmente se mide en dB.

  • A diferencia de la directividad, la ganancia de antena también tiene en cuenta las pérdidas que se producen y, por tanto, se centra en la eficiencia.

Expresión matemática

La ecuación de ganancia, G es como se muestra a continuación.

$$G = \eta_{e}D$$

Dónde

  • G es la ganancia de la antena.

  • $\eta_{e}$es la eficiencia de la antena.

  • D es la directividad de la antena.

Unidades

La unidad de ganancia es decibels o simplemente dB.

Después de los parámetros de antena discutidos en el capítulo anterior, otro tema importante a considerar es el campo cercano y las regiones de campo lejano de la antena.

La intensidad de la radiación cuando se mide más cerca de la antena, difiere de la que está lejos de la antena. Aunque el área está alejada de la antena, se considera efectiva, ya que la intensidad de la radiación aún es alta allí.

Campo cercano

El campo, que está más cerca de la antena, se denomina como near-field. Tiene un efecto inductivo y, por lo tanto, también se conoce comoinductive field, aunque tiene algunos componentes de radiación.

Campo lejano

El campo, que está lejos de la antena, se denomina como far-field. También se llama comoradiation field, ya que el efecto de la radiación es alto en esta zona. Muchos de los parámetros de la antena junto con la directividad de la antena y el patrón de radiación de la antena se consideran solo en esta región.

Patrón de campo

La distribución del campo se puede cuantificar en términos de intensidad de campo y se denomina patrón de campo. Es decir, la potencia radiada por la antena cuando se traza, se expresa en términos de campo eléctrico, E (v / m). Por lo tanto, se conoce comofield pattern. Si se cuantifica en términos de potencia (W), entonces se conoce comopower pattern.

La distribución gráfica del campo o potencia radiada será en función de

  • ángulos espaciales (θ, Ø) para campo lejano.

  • ángulos espaciales (θ, Ø) y distancia radial (r) para campo cercano.

La distribución de las regiones de campo cercano y lejano se puede comprender bien con la ayuda de un diagrama.

El patrón de campo se puede clasificar como:

  • Región reactiva de campo cercano y región de campo cercano radiante, ambas denominadas campo cercano.

  • Región de campo lejano radiante - simplemente llamada campo lejano.

El campo, que está muy cerca de la antena, es reactive near field o non-radiative fielddonde la radiación no es predominante. La región adyacente se puede denominar comoradiating near field o Fresnel’s field como predomina la radiación y la distribución del campo angular, depende de la distancia física desde la antena.

La región contigua es radiating far-fieldregión. En esta región, la distribución del campo es independiente de la distancia a la antena. El patrón de radiación efectivo se observa en esta región.

Radiación es el término utilizado para representar la emisión o recepción del frente de onda en la antena, especificando su fuerza. En cualquier ilustración, el boceto dibujado para representar la radiación de una antena es suradiation pattern. Uno puede simplemente entender la función y la directividad de una antena al observar su patrón de radiación.

La potencia cuando se irradia desde la antena tiene su efecto en las regiones de campo cercano y lejano.

  • Gráficamente, la radiación se puede representar en función de angular position y radial distance desde la antena.

  • Ésta es una función matemática de las propiedades de radiación de la antena representada como una función de las coordenadas esféricas, E (θ, Ø) y H (θ, Ø).

Patrón de radiación

La energía irradiada por una antena está representada por la Radiation patternde la antena. Los patrones de radiación son representaciones esquemáticas de la distribución de energía radiada en el espacio, en función de la dirección.

Observemos el patrón de radiación de energía.

La figura dada arriba muestra el patrón de radiación de una antena dipolo. La energía que se irradia está representada por los patrones dibujados en una dirección particular. Las flechas representan direcciones de radiación.

Los patrones de radiación pueden ser patrones de campo o patrones de potencia.

  • los field patternsse trazan en función de los campos eléctricos y magnéticos. Están trazados en escala logarítmica.

  • los power patternsse grafican en función del cuadrado de la magnitud de los campos eléctricos y magnéticos. Se trazan en logarítmico o comúnmente en escala de dB.

Patrón de radiación en 3D

El patrón de radiación es una figura tridimensional y se representa en coordenadas esféricas (r, θ, Φ) asumiendo su origen en el centro del sistema de coordenadas esféricas. Se parece a la siguiente figura:

La figura dada es un patrón de radiación tridimensional para un Omni directional pattern. Esto indica claramente las tres coordenadas (x, y, z).

Patrón de radiación en 2D

El patrón bidimensional se puede obtener a partir del patrón tridimensional dividiéndolo en planos horizontal y vertical. Estos patrones resultantes se conocen comoHorizontal pattern y Vertical pattern respectivamente.

Las figuras muestran el patrón de radiación omnidireccional en los planos H y V, como se explicó anteriormente. El plano H representa el patrón horizontal, mientras que el plano V representa el patrón vertical.

Formación de lóbulos

En la representación del patrón de radiación, a menudo nos encontramos con diferentes formas, que indican las áreas de radiación mayor y menor, por las cuales el radiation efficiency de la antena se conoce.

Para tener una mejor comprensión, considere la siguiente figura, que representa el patrón de radiación de una antena dipolo.

Aquí, el patrón de radiación tiene el lóbulo principal, los lóbulos laterales y el lóbulo posterior.

  • La mayor parte del campo radiado, que cubre un área más grande, es el main lobe o major lobe. Esta es la parte donde existe la máxima energía radiada. La dirección de este lóbulo indica la directividad de la antena.

  • Las otras partes del patrón donde la radiación se distribuye hacia los lados se conocen como side lobes o minor lobes. Estas son las áreas donde se desperdicia el poder.

  • Hay otro lóbulo, que es exactamente opuesto a la dirección del lóbulo principal. Es conocido comoback lobe, que también es un lóbulo menor. Incluso aquí se desperdicia una cantidad considerable de energía.

Ejemplo

Si las antenas utilizadas en los sistemas de radar producen lóbulos laterales, el rastreo del objetivo se vuelve muy difícil. Esto se debe a que estos lóbulos laterales indican objetivos falsos. Es complicado rastrear los reales e identificar los falsos. Por lo tanto,elimination de estos side lobes es imprescindible para mejorar el rendimiento y ahorrar energía.

Remedio

La energía irradiada, que se desperdicia en tales formas, debe utilizarse. Si estos lóbulos menores se eliminan y esta energía se desvía en una dirección (es decir, hacia el lóbulo mayor), entonces eldirectivity de la antena aumenta, lo que conduce a un mejor rendimiento de la antena.

Tipos de patrones de radiación

Los tipos comunes de patrones de radiación son:

  • Patrón omnidireccional (también llamado patrón no direccional): el patrón generalmente tiene forma de rosquilla en vista tridimensional. Sin embargo, en una vista bidimensional, forma un patrón en forma de ocho.

  • Patrón de haz de lápiz: el haz tiene un patrón en forma de lápiz direccional nítido.

  • Patrón de haz de abanico: el haz tiene un patrón en forma de abanico.

  • Patrón de haz con forma: el haz, que no es uniforme y no tiene patrón, se conoce como haz con forma.

Un punto de referencia para todos estos tipos de radiación es la radiación isotrópica. Es importante considerar la radiación isotrópica aunque no sea práctica.

En el capítulo anterior, analizamos el patrón de radiación. Para tener un mejor análisis de la radiación de una antena, es necesario un punto de referencia. La radiación de una antena isotrópica, llena este espacio.

Definición

Isotropic radiation es la radiación de una fuente puntual, que irradia uniformemente en todas las direcciones, con la misma intensidad independientemente de la dirección de medición.

La mejora del patrón de radiación de una antena siempre se evalúa utilizando la radiación isotrópica de esa antena. Si la radiación es igual en todas las direcciones, entonces se conoce comoisotropic radiation.

  • La fuente puntual es un ejemplo de radiador isotrópico. Sin embargo, esta radiación isotrópica es prácticamente imposible, porque cada antena irradia su energía con cierta directividad.

  • La radiación isotrópica no es más que Omni-directional radiation.

  • Tiene un patrón en forma de rosquilla cuando se ve en 3D y un patrón en forma de ocho cuando se ve en 2D.

Las figuras dadas arriba muestran el patrón de radiación de un patrón isotrópico u omnidireccional. La Figura 1 ilustra el patrón en forma de rosquilla en 3D y la Figura 2 ilustra el patrón en forma de ocho en 2D.

Ganancia

El radiador isotrópico tiene ganancia unitaria, lo que significa que tiene un factor de ganancia de 1 en todas las direcciones. En términos de dB, se puede llamar ganancia de 0dB (pérdida cero).

Energía radiada isotrópica equivalente

Según la definición estándar, “La cantidad de potencia que irradia una antena isotropical para producir la densidad de potencia pico observada en la dirección de la ganancia máxima de la antena, se denomina como Equivalent Isotropic Radiated Power. "

Si se hace que la energía radiada de una antena se concentre en un lado o en una dirección particular, donde la radiación es equivalente a la potencia isotrópica radiada de esa antena, dicha radiación se denominaría EIRP, es decir, potencia isotrópica radiada equivalente.

Ganancia

Aunque la radiación isotrópica es imaginaria, es lo mejor que puede ofrecer una antena. La ganancia de dicha antena será 3dBi, donde 3dB es un factor de 2 e 'i' representa el factor de condición isotrópica.

Si la radiación se enfoca en cierto ángulo, la EIRP aumenta junto con la ganancia de la antena. La ganancia de la antena se logra mejor enfocando la antena en cierta dirección.

Poder Radiado Efectivo

Si la potencia radiada se calcula tomando como referencia un dipolo de media onda, en lugar de una antena isotrópica, entonces se puede denominar como ERP (Effective Radiated Power).

$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$

Si se conoce EIRP, entonces ERP se puede calcular a partir de la fórmula dada anteriormente.

Este capítulo trata de los parámetros del haz radiado de la antena. Estos parámetros nos ayudan a conocer las especificaciones de la viga.

Área de haz

Según la definición estándar, "El área del haz es el ángulo sólido a través del cual toda la potencia irradiada por la antena fluiría si P (θ, Ø) mantuviera su valor máximo sobre Ω A y fuera cero en cualquier otro lugar".

El haz irradiado de la antena sale de un ángulo en la antena, conocido como ángulo sólido, donde la intensidad de la radiación de potencia es máxima. Estasolid beam angle se denomina como el beam area. Está representado porΩA.

La intensidad de radiación P (θ, Ø) debe mantenerse constante y máxima en todo el ángulo del haz sólido Ω A , siendo su valor cero en cualquier otro lugar.

$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

El ángulo del haz es un conjunto de ángulos entre los puntos de media potencia del lóbulo principal.

Expresión matemática

La expresión matemática para el área de la viga es

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$

Dónde

  • $\Omega_{A}$ es el ángulo del haz sólido.
  • $\theta$ es la función de la posición angular.
  • $\Phi$ es la función de la distancia radial.

Unidades

La unidad de área del haz es watts.

Eficiencia de haz

Según la definición estándar, "El beam efficiency establece la relación entre el área del haz principal y el área total del haz radiada ".

La energía, cuando se irradia desde una antena, se proyecta de acuerdo con la directividad de la antena. La dirección en la que una antena irradia más potencia tiene la máxima eficiencia, mientras que parte de la energía se pierde en los lóbulos laterales. La energía máxima irradiada por el haz, con pérdidas mínimas, se puede denominar comobeam efficiency.

Expresión matemática

La expresión matemática de la eficiencia del haz es:

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

Dónde,

  • $\eta_{B}$ es la eficiencia del haz.
  • $\Omega_{MB}$ es el área de la viga principal.
  • $\Omega_{A}$ es el ángulo de haz sólido total (área del haz).

Polarización de la antena

Una antena se puede polarizar según nuestros requisitos. Puede estar polarizado linealmente o polarizado circularmente. El tipo de polarización de la antena decide el patrón del haz y la polarización en la recepción o transmisión.

Polarización lineal

Cuando se transmite o recibe una onda, se puede hacer en diferentes direcciones. loslinear polarizationde la antena ayuda a mantener la onda en una dirección particular, evitando todas las demás direcciones. Aunque se utiliza esta polarización lineal, el vector de campo eléctrico permanece en el mismo plano. Por lo tanto, usamos esta polarización lineal para mejorar ladirectivity de la antena.

Polarización circular

Cuando una onda está polarizada circularmente, el vector de campo eléctrico parece estar girado y todos sus componentes pierden orientación. El modo de rotación también puede ser diferente en ocasiones. Sin embargo, al usarcircular polarization, el efecto de la ruta múltiple se reduce y, por lo tanto, se utiliza en comunicaciones por satélite como GPS.

Polarización horizontal

La polarización horizontal debilita la onda, ya que los reflejos de la superficie terrestre la afectan. Suelen ser débiles a bajas frecuencias por debajo de 1 GHz.Horizontal polarization se utiliza en la transmisión de TV signals para lograr una mejor relación señal / ruido.

Polarización vertical

Las ondas polarizadas verticalmente de baja frecuencia son ventajosas para la transmisión de ondas terrestres. Estos no se ven afectados por los reflejos de la superficie como los polarizados horizontalmente. Por lo tanto, lavertical polarization se utiliza para mobile communications.

Cada tipo de polarización tiene sus propias ventajas y desventajas. Un diseñador de sistemas de RF tiene la libertad de seleccionar el tipo de polarización, de acuerdo con los requisitos del sistema.

En este capítulo, analizaremos otro factor importante en el patrón de radiación de una antena, conocido como beam width. En el patrón de radiación de una antena, el lóbulo principal es el haz principal de la antena donde fluye la energía máxima y constante irradiada por la antena.

Beam widthes el ángulo de apertura desde donde se irradia la mayor parte de la potencia. Las dos consideraciones principales de este ancho de haz son el ancho de haz de media potencia(HPBW) y primer ancho de haz nulo (FNBW).

Ancho de haz de media potencia

Según la definición estándar, “La separación angular, en la que la magnitud del patrón de radiación disminuye en un 50% (o -3dB) desde el pico del haz principal, es la Half Power Beam Width. "

En otras palabras, el ancho del haz es el área donde se irradia la mayor parte de la potencia, que es la potencia máxima. Half power beam width es el ángulo en el que la potencia relativa es superior al 50% de la potencia máxima, en el campo radiante efectivo de la antena.

Indicación de HPBW

Cuando se traza una línea entre el origen del patrón de radiación y los puntos de media potencia en el lóbulo mayor, en ambos lados, el ángulo entre esos dos vectores se denomina como HPBW, ancho de haz de media potencia. Esto puede entenderse bien con la ayuda del siguiente diagrama.

La figura muestra puntos de media potencia en el lóbulo mayor y HPBW.

Expresión matemática

La expresión matemática para el ancho del haz de media potencia es:

$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$

Dónde

  • $\lambda$ es la longitud de onda (λ = 0,3 / frecuencia).

  • D es el diámetro.

Unidades

La unidad de HPBW es radians o degrees.

Ancho del primer haz nulo

De acuerdo con la definición estándar, “El tramo angular entre los primeros nulos del patrón adyacentes al lóbulo principal, se denomina como First Null Beam Width. "

Simplemente, FNBW es la separación angular, alejada del haz principal, que se dibuja entre los puntos nulos del patrón de radiación, en su lóbulo principal.

Indicación de FNBW

Dibuje tangentes en ambos lados a partir del origen del patrón de radiación, tangencial al haz principal. El ángulo entre esas dos tangentes se conoce como primer ancho de haz nulo(FNBW).

Esto se puede comprender mejor con la ayuda del siguiente diagrama.

La imagen de arriba muestra el ancho del haz de media potencia y el primer ancho del haz nulo, marcado en un patrón de radiación junto con lóbulos menores y mayores.

Expresión matemática

La expresión matemática del primer ancho de haz nulo es

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

Dónde

  • $\lambda$ es la longitud de onda (λ = 0,3 / frecuencia).
  • D es diámetro.

Unidades

La unidad de FNBW es radians o degrees.

Longitud efectiva y área efectiva

Entre los parámetros de la antena, también son importantes la longitud efectiva y el área efectiva. Estos parámetros nos ayudan a conocer el rendimiento de la antena.

Longitud efectiva

Antena La longitud efectiva se usa para determinar la eficiencia de polarización de la antena.

Definition- "El Effective length es la relación entre la magnitud del voltaje en los terminales abiertos de la antena receptora y la magnitud de la intensidad de campo del frente de onda incidente, en la misma dirección de polarización de la antena ".

Cuando una onda incidente llega a los terminales de entrada de la antena, esta onda tiene cierta fuerza de campo, cuya magnitud depende de la polarización de la antena. Esta polarización debe coincidir con la magnitud del voltaje en los terminales del receptor.

Expresión matemática

La expresión matemática de la longitud efectiva es:

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

Dónde

  • $l_{e}$ es la longitud efectiva.

  • $V_{oc}$ es voltaje de circuito abierto.

  • $E_{i}$ es la intensidad de campo de la onda incidente.

Area efectiva

Definition - "Effective area es el área de la antena receptora, que absorbe la mayor parte de la energía del frente de onda entrante, hasta el área total de la antena, que está expuesta al frente de onda ".

Toda el área de una antena mientras recibe se enfrenta a las ondas electromagnéticas entrantes, mientras que solo una parte de la antena recibe la señal, conocida como effective area.

Solo se utiliza una parte del frente de onda recibido porque una parte de la onda se dispersa mientras que otra parte se disipa en forma de calor. Por lo tanto, sin considerar las pérdidas, el área, que utiliza la potencia máxima obtenida en el área real, puede denominarse comoeffective area.

El área efectiva está representada por $A_{eff}$.

Una antena se puede utilizar como antena transmisora ​​y antena receptora. Al usarlo, podemos encontrarnos con la pregunta de si las propiedades de la antena podrían cambiar a medida que cambia su modo de funcionamiento. Afortunadamente, no debemos preocuparnos por eso. Las propiedades de que la antena sea invariable se denomina propiedad dereciprocity.

Propiedades bajo reciprocidad

Las propiedades de la antena transmisora ​​y receptora que exhiben la reciprocidad son:

  • Igualdad de patrones direccionales.
  • Igualdad de directividades.
  • Igualdad de longitudes efectivas.
  • Igualdad de impedancias de antena.

Veamos cómo se implementan.

Igualdad de patrones direccionales

los radiation pattern de la antena transmisora1, que transmite a la antena receptora2 es igual al patrón de radiación de la antena2, si transmite y la antena1 recibe la señal.

Igualdad de directividades

Directivity es el mismo para las antenas transmisoras y receptoras, si el valor de directividad es el mismo para ambos casos, es decir, las directividades son las mismas, ya sea calculadas a partir de la potencia de la antena transmisora ​​o la potencia de la antena receptora.

Igualdad de longitudes efectivas

El valor de la apertura máxima efectiva es el mismo para antenas transmisoras y receptoras. Equality en el lengths de las antenas transmisora ​​y receptora se mantiene de acuerdo con el valor de la longitud de onda.

Igualdad en impedancias de antenas

La impedancia de salida de una antena transmisora ​​y la impedancia de entrada de una antena receptora son iguales en una comunicación efectiva.

Estas propiedades no cambiarán aunque se opere la misma antena como transmisor o como receptor. Por lo tanto, laproperty of reciprocity es seguido.

Las antenas irradian energía electromagnética para transmitir o recibir información. Por lo tanto, los términosEnergy y Powerestán asociadas con estas ondas electromagnéticas y tenemos que discutirlas. Una onda electromagnética tiene campos eléctricos y magnéticos.

Considere la onda en cualquier instante, que puede verse en ambos vectores. La siguiente figura muestra la representación de los componentes del campo eléctrico y magnético en una onda electromagnética.

La onda eléctrica está presente verticalmente a la propagación de la onda EM, mientras que la onda magnética está ubicada horizontalmente. Ambos campos forman ángulos rectos entre sí.

Vector de poynting

El vector de Poynting describe la energía de la onda EM por unidad de tiempo por unidad de área en cualquier instante de tiempo. John Henry Poynting derivó este vector por primera vez en 1884 y, por lo tanto, recibió su nombre.

Definition - "El vector de Poynting da la tasa de transferencia de energía por unidad de área"

o

"La energía que transporta una onda por unidad de tiempo por unidad de área viene dada por el vector de Poynting".

El vector de Poynting está representado por Ŝ.

Unidades

La unidad SI del vector de Poynting es W/m2.

Expresión matemática

La cantidad que se utiliza para describir la potencia asociada con las ondas electromagnéticas es la instantánea Poynting vector, que se define como

$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$

Dónde

  • $\hat{S}$ es el vector instantáneo de Poynting (W/m2).

  • $\hat{E}$ es la intensidad instantánea del campo eléctrico (V/m).

  • $\hat{H}$ es la intensidad del campo magnético instantáneo (A/m).

El punto importante que debe tenerse en cuenta aquí es que la magnitud de E es mayor que H dentro de una onda EM. Sin embargo, ambos aportan la misma cantidad de energía. Ŝ es el vector, que tiene dirección y magnitud. La dirección de Ŝ es la misma que la velocidad de la onda. Su magnitud depende de E y H.

Derivación del vector de Poynting

Para tener una idea clara sobre el vector de Poynting, veamos la derivación de este vector de Poynting, en un proceso paso a paso.

Imaginemos que una onda EM pasa por un área (A) perpendicular al eje X a lo largo del cual viaja la onda. Al pasar por A, en tiempo infinitesimal (dt), la onda recorre una distancia (dx).

$$dx = C\ dt$$

Dónde

$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$

Por lo tanto, la energía transferida en el tiempo (dt) por área (A) es -

$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$

Ya que

$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$

Ya que

$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$

Ŝ denota el vector de Poynting.

La ecuación anterior nos da la energía por unidad de tiempo, por unidad de área en cualquier instante de tiempo dado, lo que se denomina Poynting vector.

Las antenas deben clasificarse para comprender con mayor claridad su estructura física y funcionalidad. Hay muchos tipos de antenas según las aplicaciones.

Tipo de antena Ejemplos Aplicaciones
Antenas de alambre Antena dipolo, antena monopolar, antena helicoidal, antena de bucle Aplicaciones personales, edificios, barcos, automóviles, naves espaciales
Antenas de apertura Guía de ondas (apertura), Antena de cuerno Aplicaciones empotradas, aeronaves, naves espaciales
Antenas reflectoras Reflectores parabólicos, reflectores de esquina Comunicación por microondas, rastreo satelital, radioastronomía
Antenas de lente Lentes de plano convexo, plano cóncavo, convexo-convexo, cóncavo cóncavo Utilizado para aplicaciones de muy alta frecuencia
Antenas de micro tira Parche metálico de forma circular y rectangular sobre el plano del suelo Aeronaves, naves espaciales, satélites, misiles, automóviles, teléfonos móviles, etc.
Matriz de antenas Antena Yagi-Uda, matriz de parche de micro tiras, matriz de apertura, matriz de guía de onda ranurada Se utiliza para aplicaciones de muy alta ganancia, principalmente cuando se necesita controlar el patrón de radiación.

Analicemos en detalle los tipos de antenas mencionados anteriormente en los próximos capítulos.

Las antenas de alambre son los tipos básicos de antenas. Se trata de antenas muy conocidas y utilizadas. Para tener una mejor idea de estas antenas de alambre, primero echemos un vistazo a las líneas de transmisión.

Lineas de transmisión

El alambre o el transmission linetiene algo de poder, que viaja de un extremo al otro. Si ambos extremos de la línea de transmisión están conectados a circuitos, entonces la información será transmitida o recibida usando este cable entre estos dos circuitos.

Si un extremo de este cable no está conectado, entonces la energía en él intenta escapar. Esto conduce a la comunicación inalámbrica. Si un extremo del cable está doblado, la energía intentará escapar de la línea de transmisión con más eficacia que antes. Este escape intencionado se conoce comoRadiation.

Para que la radiación se produzca de forma eficaz, la impedancia del extremo abierto de la línea de transmisión debe coincidir con la impedancia del espacio libre. Considere una línea de transmisión del tamaño de un cuarto de onda. El otro extremo se mantiene abierto y doblado para proporcionar una alta impedancia. Esto actúa como unhalf-wave dipole antenna. Ya tiene baja impedancia en un extremo de la línea de transmisión. El extremo abierto, que tiene alta impedancia, coincide con la impedancia del espacio libre para proporcionar una mejor radiación.

Dipolo

La radiación de energía cuando se realiza a través de un cable doblado, el final de dicha línea de transmisión se denomina como dipole o antena dipolo.

La reactancia de la impedancia de entrada es función del radio y la longitud del dipolo. Cuanto menor sea el radio, mayor será la amplitud de la reactancia. Es proporcional a la longitud de onda. Por tanto, también deben tenerse en cuenta la longitud y el radio del dipolo. Normalmente, su impedancia ronda los 72 Ω.

Esto se comprende mejor con la ayuda de la siguiente figura.

La figura muestra el diagrama de circuito de un dipolo normal conectado a una línea de transmisión. La corriente para un dipolo es máxima en el centro y mínima en sus extremos. El voltaje es mínimo en su centro y máximo en sus extremos.

Los tipos de antenas de alambre incluyen dipolo de media onda, dipolo plegado de media onda, dipolo de onda completa, dipolo corto y dipolo infinitesimal. Todas estas antenas se analizarán en capítulos posteriores.

La antena dipolo se corta y se dobla para una radiación eficaz. La longitud del cable total, que se utiliza como dipolo, es igual a la mitad de la longitud de onda (es decir, l = λ / 2). Tal antena se llama comohalf-wave dipole antenna. Esta es la antena más utilizada por sus ventajas. También se conoce comoHertz antenna.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que opera el dipolo de media onda es de alrededor de 3 KHz a 300 GHz. Esto se usa principalmente en receptores de radio.

Construcción y funcionamiento del dipolo de media onda

Es una antena dipolo normal, donde la frecuencia de su funcionamiento es half of its wavelength. Por lo tanto, se llama antena dipolo de media onda.

El borde del dipolo tiene voltaje máximo. Este voltaje es de naturaleza alterna (CA). En el pico positivo del voltaje, los electrones tienden a moverse en una dirección y en el pico negativo, los electrones se mueven en la otra dirección. Esto puede explicarse por las cifras que se dan a continuación.

Las cifras dadas arriba muestran el funcionamiento de un dipolo de media onda.

  • La figura 1 muestra el dipolo cuando las cargas inducidas están en semiciclo positivo. Ahora los electrones tienden a moverse hacia la carga.

  • La figura 2 muestra el dipolo con cargas negativas inducidas. Los electrones aquí tienden a alejarse del dipolo.

  • La figura 3 muestra el dipolo con el siguiente semiciclo positivo. Por tanto, los electrones vuelven a moverse hacia la carga.

El efecto acumulativo de esto produce un efecto de campo variable que se irradia en el mismo patrón producido en él. Por lo tanto, la salida sería una radiación efectiva siguiendo los ciclos del patrón de voltaje de salida. Por lo tanto, un dipolo de media ondaradiates effectively.

La figura anterior muestra la distribución actual en dipolo de media onda. La directividad del dipolo de media onda es 2.15dBi, que es razonablemente buena. Donde, 'i' representa la radiación isotrópica.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de este dipolo de media onda es Omni-directionalen el plano H. Es deseable para muchas aplicaciones como comunicaciones móviles, receptores de radio, etc.

La figura anterior indica el patrón de radiación de un dipolo de media onda tanto en el plano H como en el plano V.

El radio del dipolo no afecta su impedancia de entrada en este dipolo de media onda, porque la longitud de este dipolo es de media onda y es la primera longitud resonante. Una antena funciona eficazmente en suresonant frequency, que ocurre en su longitud resonante.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena dipolo de media onda:

  • La impedancia de entrada no es sensible.

  • Combina bien con la impedancia de la línea de transmisión.

  • Tiene una longitud razonable.

  • La longitud de la antena coincide con el tamaño y la directividad.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena dipolo de media onda:

  • No es muy eficaz debido al elemento único.

  • Puede funcionar mejor solo con una combinación.

Aplicaciones

    Las siguientes son las aplicaciones de la antena dipolo de media onda:

  • Utilizado en receptores de radio.

  • Utilizado en receptores de televisión.

  • Cuando se emplea con otros, se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones.

Un dipolo plegado es una antena, con dos conductores conectados a ambos lados, y plegados para formar una forma cilíndrica cerrada, a la que se alimenta en el centro. La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda. Por lo tanto, se llama comohalf wave folded dipole antenna.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que opera el dipolo plegado de media onda es de alrededor de 3KHz a 300GHz. Esto se usa principalmente en receptores de televisión.

Construcción y funcionamiento de dipolo plegado de media onda

Esta antena se usa comúnmente con las antenas de tipo arreglo para aumentar la resistencia de alimentación. La más utilizada es la antena Yagi-Uda. La siguiente figura muestra una antena dipolo plegada de media onda.

Esta antena utiliza un elemento conductor adicional (un cable o una varilla) en comparación con la antena dipolo anterior. Esto se continúa colocando algunos elementos conductores en paralelo, con aislamiento en el medio, en un tipo de antenas tipo arreglo.

La siguiente figura explica el funcionamiento de una antena dipolo plegada de media onda, cuando está provista de excitación.

Si el diámetro del conductor principal y el dipolo plegado son iguales, entonces habrá cuatro aumentos plegados (dos veces al cuadrado) en la impedancia de alimentación de la antena. Este aumento en la impedancia de alimentación es la razón principal del uso popular de esta antena dipolo plegada. Debido al cable doble, la impedancia será de alrededor de 300 Ω.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de los dipolos plegados de media onda es el mismo que el de las antenas dipolo de media onda. La siguiente figura muestra el patrón de radiación de la antena dipolo plegada de media onda, que esOmni-directional patrón.

Las antenas dipolo plegadas de media onda se utilizan donde se necesita una transferencia de potencia óptima y donde se necesitan grandes impedancias.

Este dipolo plegado es el elemento principal en Yagi-Uda antenna. La siguiente figura muestra unYagi-Uda antenna, que estudiaremos más adelante. El principal elemento utilizado aquí es este dipolo plegado, al que se le da la alimentación de la antena. Esta antena se ha utilizado ampliamente para la recepción de televisión durante las últimas décadas.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena dipolo plegada de media onda:

  • Recepción de señales balanceadas.

  • Recibe una señal particular de una banda de frecuencias sin perder la calidad.

  • Un dipolo plegado maximiza la fuerza de la señal.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena dipolo plegada de media onda:

  • El desplazamiento y ajuste de la antena es una molestia.

  • La gestión al aire libre puede resultar difícil cuando aumenta el tamaño de la antena.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena dipolo plegada de media onda:

  • Se utiliza principalmente como elemento alimentador en antenas Yagi, antenas parabólicas, antenas de torniquete, antenas periódicas de registro, conjuntos de reflectores y en fase, etc.

  • Generalmente utilizado en receptores de radio.

  • Más comúnmente utilizado en antenas receptoras de TV.

Si la longitud del dipolo, es decir, el cable total, es igual a la longitud de onda completa λ, entonces se llama como full wave dipole. Si se utiliza un dipolo de longitud de onda completa para transmisión o recepción, veamos cómo será la radiación.

Construcción y funcionamiento del dipolo de onda completa

Aquí se muestra el dipolo de onda completa con su voltaje y distribución de corriente. Tanto los picos positivos como los negativos de la onda inducen voltajes positivos y negativos respectivamente. Sin embargo, como los voltajes inducidos se anulan entre sí, no se trata de radiación.

La figura anterior muestra la distribución de voltaje del dipolo de onda completa cuya longitud es λ. Se ve que dos dipolos de media onda se unen para formar un dipolo de onda completa.

El patrón de voltaje cuando induce sus cargas positivas y negativas al mismo tiempo, se cancelan entre sí como se muestra en la figura. Las cargas inducidas no hacen más intentos de radiación ya que están canceladas. La radiación de salida será cero para un dipolo de transmisión de onda completa.

Patrón de radiación

Como no hay patrón de radiación, directividad ni ganancia, el dipolo de onda completa rara vez se usa como antena. Lo que significa que, aunque la antena irradia, es solo una disipación de calor, que es un desperdicio de energía.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena dipolo de onda completa.

  • Disipación de calor
  • Desperdicio de poder
  • Sin patrón de radiación
  • Sin directividad y sin ganancia

Debido a estos inconvenientes, rara vez se utiliza el dipolo de onda completa.

UN short dipolees una antena de cable simple. Un extremo está en circuito abierto y el otro extremo se alimenta con una fuente de CA. Este dipolo recibió su nombre por su longitud.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que opera el dipolo corto es de alrededor de 3KHz a 30MHz. Esto se usa principalmente en receptores de baja frecuencia.

Construcción y funcionamiento de dipolo corto

los Short dipolees la antena dipolo que tiene la longitud de su cable más corta que la longitud de onda. Una fuente de voltaje se conecta en un extremo mientras se hace una forma de dipolo, es decir, las líneas terminan en el otro extremo.

Se muestra el diagrama de circuito de un dipolo corto con longitud L. No importa el tamaño real de la antena. El cable que conduce a la antena debe tener menos de una décima parte de la longitud de onda. Es decir

$$L < \frac{\lambda}{10}$$

Dónde

  • L es la longitud del cable del dipolo corto.

  • λ es la longitud de onda.

Otro tipo de dipolo corto es el dipolo infinitesimal, cuya longitud es mucho menor que su longitud de onda. Su construcción es similar a ella, pero utiliza una placa de condensador.

Dipolo infinitesimal

Un dipolo cuya longitud es mucho menor que la longitud de onda es infitesimal dipole. Esta antena en realidad no es práctica. Aquí, la longitud del dipolo es incluso menor que la quincuagésima parte de la longitud de onda.

La longitud del dipolo, Δl << λ. Donde, λ es la longitud de onda.

$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$

Por lo tanto, este es el dipolo infinitamente pequeño, como su nombre lo indica.

Como la longitud de estos dipolos es muy pequeña, el flujo de corriente en el cable será dI. Estos cables se utilizan generalmente con placas de condensadores en ambos lados, donde se necesita un acoplamiento mutuo bajo. Debido a las placas de los condensadores, podemos decir que existe una distribución uniforme de la corriente. Por tanto, la corriente aquí no es cero.

Las placas de condensadores pueden ser simplemente conductores o equivalentes de cables. Los campos irradiados por las corrientes radiales tienden a cancelarse entre sí en el campo lejano, de modo que los campos lejanos de la antena de la placa del condensador pueden aproximarse mediante el dipolo infinitesimal.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de un dipolo corto y un dipolo infinitesimal es similar a un dipolo de media onda. Si el dipolo es vertical, el patrón será circular. El patrón de radiación tiene la forma de "figure of eight”Patrón, cuando se ve en patrón bidimensional.

La siguiente figura muestra el patrón de radiación de una antena dipolo corta, que se encuentra en omni-directional pattern.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena dipolo corta:

  • Facilidad de construcción debido a su pequeño tamaño

  • La eficiencia de disipación de energía es mayor

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena dipolo corta:

  • Altas pérdidas resistivas
  • Disipación de alta potencia
  • Relación señal / ruido baja
  • La radiación es baja
  • No tan eficiente

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena dipolo corta:

  • Utilizado en aplicaciones de banda estrecha.
  • Se utiliza como antena para circuitos de sintonización.

En este capítulo, se analizaron las antenas de cable corto más populares y más utilizadas. Analizaremos las antenas de cable largo en los próximos capítulos.

Hemos pasado por diferentes tipos de antenas de cable corto. Ahora, veamos las antenas de cables largos. loslong wire antennasse forman mediante el uso de varios dipolos. La longitud del cable en este tipo de antenas esn veces λ/2

$$L = n \ \lambda/2$$

Dónde,

  • L es la longitud de la antena,

  • n es el número de elementos,

  • λ es la longitud de onda

A medida que aumenta 'n', las propiedades direccionales también aumentan.

Tipos de antenas de cable largo

Las antenas de cable largo se dividen en dos tipos, a saber: Resonant Antennas y Non-resonant Antennas.

Antenas resonantes

Las antenas resonantes son aquellas para las que la antena intercepta un pico agudo en la potencia radiada a cierta frecuencia, para formar una onda estacionaria. El patrón de radiación de la onda radiada no se corresponde con la impedancia de carga en este tipo de antena.

Las antenas resonantes son de naturaleza periódica. También se denominan antenas de ondas viajeras bidireccionales, ya que la onda radiada se mueve en dos direcciones, lo que significa que tanto las ondas incidentes como las reflejadas ocurren aquí. En estas antenas, la longitud de la antena y la frecuencia son proporcionales entre sí.

Antenas no resonantes

Las antenas no resonantes son aquellas para las que no se produce una frecuencia resonante. La onda se mueve en dirección hacia adelante y por lo tanto no forma una onda estacionaria. El patrón de radiación de la onda radiada coincide con la impedancia de carga en las antenas no resonantes.

Estas antenas no resonantes son de naturaleza no periódica. También se denominan antenas de onda viajera unidireccionales, ya que la onda radiada se mueve solo en dirección hacia adelante, lo que significa que solo está presente la onda incidente. A medida que aumenta la frecuencia, la longitud de la antena disminuye y viceversa. Por tanto, la frecuencia y la longitud son inversamente proporcionales entre sí.

Estas antenas de hilo largo son los elementos básicos para la construcción de antenas en forma de V o las antenas Rhombic.

Una mejor versión de las antenas de hilo largo es la V-Antenna. Esta antena se forma colocando el cable largo en un patrón en forma de V. Los cables de los extremos se denominan patas. Esta antena es una antena resonante bidireccional.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de funcionamiento de la antena V es de alrededor 3 to 30 MHz. Esta antena funciona en un rango de alta frecuencia.

Construcción y funcionamiento de antenas V

Se conectan dos cables largos en forma de V para hacer una V-antenna. Los dos cables largos están excitados con un desfase de 180˚. A medida que aumenta la longitud de estos cables, también aumentan la ganancia y la directividad.

La siguiente figura muestra una antena V con la impedancia de la línea de transmisión zy la longitud del cable λ / 2, formando un ángulo Φ m con el eje, que se llamaapex angle.

los gainlogrado por la antena V es más alto que la antena normal de un solo cable largo. La ganancia en esta formación en V esnearly twiceen comparación con la antena de cable largo único, que tiene una longitud igual a las patas de la antena en V. Si se va a lograr un amplio rango de radiación, el ángulo de vértice debe tener un valor promedio entre frecuencias más altas y más bajas en términos del número de λ / 2 en cada tramo.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de una antena en V es bi-directional. La radiación obtenida en cada línea de transmisión se suma para obtener el patrón de radiación resultante. Esto se explica bien en la siguiente figura:

La figura muestra el patrón de radiación de la antena V. Las dos líneas de transmisión que forman el patrón en V son AA 'y BB'. Los patrones de las líneas de transmisión individuales y el patrón resultante se muestran en la figura. El patrón resultante se muestra a lo largo del eje. Este patrón se asemeja albroad-side array.

Si se agrega otra antena en V a esta antena y se alimenta con una diferencia de fase de 90˚, el patrón resultante sería end-fire, duplicando la ganancia de potencia. La directividad aumenta aún más al agregar la matriz de antenas V.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena V:

  • La construcción es simple
  • Alta ganancia
  • Coste de fabricación reducido

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena en V:

  • Se forman ondas estacionarias
  • Los lóbulos menores ocurridos también son fuertes
  • Utilizado solo para operaciones de frecuencia fija

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena V:

  • Usado con fines comerciales
  • Utilizado en comunicaciones por radio

En el capítulo anterior, hemos estudiado la antena V. Su frecuencia de funcionamiento es limitada. Esto se puede modificar utilizando otra antena, que es una antena no resonante o una antena de onda viajera. Una antena de ondas viajeras no produce ondas estacionarias, como se discutió anteriormente.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de funcionamiento de una antena en V invertida (o antena en V) es de aproximadamente 3 to 30 MHz. Esta antena funciona en un rango de alta frecuencia.

Construcción y funcionamiento de la antena en V invertida

Una antena de onda viajera, utilizada en la banda de alta frecuencia es una inverted V-antenna. Esta antena en V invertida se instala fácilmente en un mástil no conductor.

Eche un vistazo a la siguiente imagen. Muestra una antena en V invertida montada en un techo.

La radiación máxima para una antena en V invertida está en su centro. Es similar a una antena dipolo de media onda. La antena se coloca en forma de V invertida, con sus dos líneas de transmisión o patas dobladas hacia el suelo formando un ángulo de 120 ° o 90 ° entre ellas. El centro de la antena no debe ser superior a λ / 4.

El ángulo formado por una de las patas con el eje de la antena, se conoce como tilt angle y se denota por θ.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la antena en V invertida es uni-directional pattern, ya que aquí no se forman ondas estacionarias. Se puede entender claramente por el patrón de radiación que se muestra a continuación.

La figura ilustra el patrón de radiación de una antena en V invertida. El campo primario radiado se muestra junto con los campos cuando los ángulos de inclinación son 120˚ y 90˚ en la figura dada arriba. La ganancia y la directividad se mejoran al tener una matriz de antenas.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena en V invertida:

  • Ocupa un lugar menos horizontal

  • No se forman ondas estacionarias

  • Alta ganancia

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena en V invertida:

  • Tiene considerables lóbulos menores no deseados.

  • Los lóbulos menores crean ondas polarizadas horizontalmente

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena en V invertida:

  • Utilizado en aplicaciones de circuitos sintonizados

  • Utilizado en comunicaciones por radio

  • Utilizado en aplicaciones comerciales

Después de la antena V y la antena V invertida, otra antena de hilo largo importante es la Rhombic antenna. Es una combinación de dos antenas en V. Esto se analiza en el próximo capítulo.

los Rhombic Antennaes una antena en forma de paralelogramo equilátero. Generalmente, tiene dos ángulos agudos opuestos. El ángulo de inclinación, θ es aproximadamente igual a 90 ° menos el ángulo del lóbulo mayor. La antena rómbica funciona bajo el principio de radiador de onda viajera. Está dispuesto en forma de rombo o diamante y suspendido horizontalmente sobre la superficie de la tierra.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de funcionamiento de una antena rómbica es de alrededor 3MHz to 300MHz. Esta antena funciona enHF y VHF rangos.

Construcción de antena rómbica

La antena rómbica se puede considerar como dos antenas en forma de V conectadas de extremo a extremo para formar ángulos obtusos. Debido a su simplicidad y facilidad de construcción, tiene muchos usos:

  • En transmisión y recepción de HF

  • Comunicación comercial punto a punto

La construcción de la antena rómbica tiene forma de rombo, como se muestra en la figura.

Los dos lados del rombo se consideran conductores de una línea de transmisión de dos hilos. Cuando este sistema está correctamente diseñado, existe una concentración de radiación a lo largo del eje principal de radiación. En la práctica, la mitad de la potencia se disipa en la resistencia terminal de la antena. El resto de la energía se irradia. La energía desperdiciada contribuye a los lóbulos menores.

La figura 1 muestra la construcción de rhombic antennapara la comunicación punto a punto en la antigüedad. La figura 2 muestra elrhombic UHF antenna para la recepción de televisión, utilizado en estos días.

La ganancia máxima de una antena rómbica es a lo largo de la dirección del eje principal, que pasa a través del punto de alimentación para terminar en el espacio libre. La polarización obtenida de una antena rómbica horizontal está en el plano del rombo, que es horizontal.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la antena rómbica se muestra en la siguiente figura. El patrón resultante es el efecto acumulativo de la radiación en las cuatro patas de la antena. Este patrón esuni-directional, mientras que se puede hacer bidireccional eliminando la resistencia de terminación.

La principal desventaja de la antena rómbica es que las porciones de radiación, que no se combinan con el lóbulo principal, dan como resultado lóbulos laterales considerables que tienen polarización tanto horizontal como vertical.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena Rhombic:

  • La impedancia de entrada y el patrón de radiación son relativamente constantes

  • Se pueden conectar múltiples antenas rómbicas

  • Transmisión sencilla y eficaz

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena rómbica:

  • Desperdicio de energía en la resistencia terminal

  • Requisito de gran espacio

  • Eficiencia de transmisión reducida

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena Rhombic:

  • Utilizado en comunicaciones HF

  • Utilizado en propagaciones de ondas del cielo a larga distancia

  • Utilizado en comunicaciones punto a punto

Otro método para usar alambre largo es doblar y convertir el alambre en un patrón en forma de bucle y observar sus parámetros de radiación. Este tipo de antenas se denominanloop antennas.

Una bobina portadora de corriente de RF recibe una sola vuelta en un bucle, se puede usar como una antena llamada loop antenna. Las corrientes a través de esta antena de cuadro estarán en fase. El campo magnético será perpendicular a todo el circuito que lleva la corriente.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de funcionamiento de la antena de cuadro es de alrededor 300MHz to 3GHz. Esta antena funciona enUHF rango.

Construcción y funcionamiento de antenas de bucle

Una antena de cuadro es una bobina que transporta corriente de radiofrecuencia. Puede tener cualquier forma, como circular, rectangular, triangular, cuadrada o hexagonal según la conveniencia del diseñador.

Las antenas de bucle son de dos tipos.

  • Antenas de bucle grande
  • Antenas de bucle pequeño

Antenas de bucle grande

Las antenas de bucle grande también se denominan resonant antennas. Tienen una alta eficiencia de radiación. Estas antenas tienen una longitud casi igual a la longitud de onda prevista.

$$L =\lambda$$

Dónde,

  • L es la longitud de la antena

  • λ es la longitud de onda

El parámetro principal de esta antena es su longitud de perímetro, que es aproximadamente una longitud de onda y debe ser un bucle cerrado. No es una buena idea dar vueltas por el bucle para reducir el tamaño, ya que eso aumenta los efectos capacitivos y da como resultado una baja eficiencia.

Antenas de bucle pequeño

Las antenas de bucle pequeño también se denominan magnetic loop antennas. Estos son menos resonantes. Estos se utilizan principalmente como receptores.

Estas antenas tienen un tamaño de una décima parte de la longitud de onda.

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

Dónde,

  • L es la longitud de la antena

  • λ es la longitud de onda

Las características de las antenas de bucle pequeño son:

  • Una antena de cuadro pequeña tiene baja resistencia a la radiación. Si se utilizan construcciones de núcleo de ferrita de múltiples vueltas, se puede lograr una alta resistencia a la radiación.

  • Tiene una baja eficiencia de radiación debido a las altas pérdidas.

  • Su construcción es sencilla con tamaño y peso reducidos.

Debido a su alta reactancia, su impedancia es difícil de igualar con el transmisor. Si la antena de cuadro tiene que actuar como antena transmisora, entonces este desajuste de impedancia definitivamente sería un problema. Por lo tanto, estas antenas de bucle funcionan mejor comoreceiver antennas.

Bucles de uso frecuente

Las antenas de bucle pequeño son principalmente de dos tipos:

  • Antenas de bucle circular
  • Antenas de bucle cuadrado

Estos dos tipos de antenas de bucle se utilizan principalmente de forma generalizada. Otros tipos (rectangular, delta, elíptica, etc.) también se fabrican de acuerdo con las especificaciones del diseñador.

Las imágenes de arriba muestran circular and square loop antennas. Estos tipos de antenas se utilizan principalmente como receptores de AM debido a la alta relación señal / ruido. También se pueden sintonizar fácilmente en el circuito Q-tank de los receptores de radio.

Polarización de bucle

La polarización de la antena de cuadro se polarizará vertical u horizontalmente según la posición de alimentación. La polarización vertical se da en el centro del lado vertical mientras que la polarización horizontal se da en el centro del lado horizontal, dependiendo de la forma de la antena de cuadro.

La antena de cuadro pequeña es generalmente una linearly polarizeduno. Cuando se monta una antena de cuadro tan pequeña sobre un receptor portátil, cuya salida está conectada a un medidor, se convierte en un gran buscador de dirección.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de estas antenas será el mismo que el de una antena dipolo horizontal corta.

los radiation patternpara antenas de bucle pequeñas y de alta eficiencia se muestra en la figura anterior. Los patrones de radiación para diferentes ángulos de bucle también se ilustran claramente en la figura. La línea tangente a 0 ° indica polarización vertical, mientras que la línea con 90 ° indica polarización horizontal.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena de bucle:

  • Compacto en tamaño
  • Alta directividad

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena de bucle:

  • La coincidencia de impedancia puede no ser siempre buena
  • Tiene un factor de calidad de resonancia muy alto

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena de bucle:

  • Utilizado en dispositivos RFID
  • Utilizado en receptores de onda corta, HF y MF
  • Utilizado en receptores de aeronaves para radiogoniometría
  • Utilizado en transmisores UHF

Helical antennaes un ejemplo de antena de cable y tiene la forma de una hélice. Esta es una antena de banda ancha VHF y UHF.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de funcionamiento de la antena helicoidal es de alrededor 30MHz to 3GHz. Esta antena funciona enVHF y UHF rangos.

Construcción y funcionamiento de antena helicoidal

Helical antennao antena helicoidal es la antena en la que el hilo conductor se enrolla en forma helicoidal y se conecta a la placa de tierra con una línea de alimentación. Es la antena más simple, que proporcionacircularly polarized waves. Se utiliza en comunicaciones extraterrestres en las que intervienen relés de satélite, etc.

La imagen de arriba muestra un sistema de antena helicoidal, que se utiliza para comunicaciones por satélite. Estas antenas requieren un espacio exterior más amplio.

Consiste en una hélice de alambre de cobre grueso o un tubo enrollado en forma de rosca que se usa como antena junto con una placa de metal plana llamada placa de tierra. Un extremo de la hélice está conectado al conductor central del cable y el conductor exterior está conectado a la placa de tierra.

La imagen de una antena helicoidal que detalla las partes de la antena se muestra arriba.

La radiación de la antena helicoidal depende del diámetro de la hélice, el espaciamiento de los giros y el ángulo de paso.

Pitch angle es el ángulo entre una línea tangente al alambre de la hélice y el plano normal al eje de la hélice.

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

dónde,

  • D es el diameter de hélice.

  • S es el turn spacing (centro a centro).

  • α es el pitch angle.

Modos de operacion

Los modos de funcionamiento predominantes de una antena helicoidal son:

  • Normal o modo de radiación perpendicular.

  • Axial o modo de radiación de haz o de fin de fuego.

Discutámoslos en detalle.

Modo normal

En el modo de radiación normal, el campo de radiación es normal al eje de la hélice. Las ondas radiadas están polarizadas circularmente. Este modo de radiación se obtiene si las dimensiones de la hélice son pequeñas en comparación con la longitud de onda. El patrón de radiación de esta antena helicoidal es una combinación de dipolo corto y antena de bucle.

La figura anterior muestra el patrón de radiación para el modo normal de radiación en una antena helicoidal.

Depende de los valores de diámetro de la hélice, D y su espaciamiento de vueltas, S. Los inconvenientes de este modo de funcionamiento son la baja eficiencia de radiación y el ancho de banda estrecho. Por tanto, apenas se utiliza.

Modo axial

En axial modede radiación, la radiación está en la dirección del fuego final a lo largo del eje helicoidal y las ondas están polarizadas circular o casi circularmente. Este modo de funcionamiento se obtiene elevando la circunferencia al orden de una longitud de onda(λ) y espaciado de aproximadamente λ/4. El patrón de radiación es amplio y direccional a lo largo del haz axial produciendo lóbulos menores en ángulos oblicuos.

La figura muestra el patrón de radiación para el modo de radiación axial en una antena helicoidal.

Si esta antena está diseñada para ondas polarizadas circularmente hacia la derecha, entonces no recibirá ondas polarizadas circularmente hacia la izquierda y viceversa. Este modo de funcionamiento se genera con gran facilidad y esmore practically used.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena helicoidal:

  • Diseño simple
  • Máxima directividad
  • Ancho de banda más amplio
  • Puede lograr polarización circular
  • También se puede utilizar en bandas de HF y VHF

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena helicoidal:

  • La antena es más grande y requiere más espacio
  • La eficiencia disminuye con el número de vueltas.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena helicoidal:

  • Se utiliza una única antena helicoidal o su conjunto para transmitir y recibir señales VHF.

  • Se utiliza con frecuencia para comunicaciones por satélite y sondas espaciales.

  • Se utiliza para enlaces de telemetría con misiles ballasticos y satélites en estaciones terrestres.

  • Se utiliza para establecer comunicaciones entre la luna y la Tierra.

  • Aplicaciones en radioastronomía

Una antena con una apertura en el extremo se puede denominar como Aperture antenna. Waveguide es un ejemplo de antena de apertura. El borde de una línea de transmisión cuando termina con una abertura, irradia energía. Esta abertura, que es una abertura, la convierte en unAperture antena.

Los principales tipos de antenas de apertura son:

  • Antena guía de ondas
  • Antena de cuerno
  • Antena de ranura

Echemos ahora un vistazo a estos tipos de antenas de apertura.

Antena de guía de ondas

UN Waveguidees capaz de irradiar energía cuando se excita en un extremo y se abre en el otro. La radiación en la guía de ondas es mayor que una línea de transmisión de dos cables.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia operativa de una guía de ondas es de alrededor 300MHz to 300GHz. Esta antena funciona enUHF y EHFrangos de frecuencia. La siguiente imagen muestra una guía de ondas.

Esta guía de ondas con extremo terminado actúa como una antena. Pero solo se irradia una pequeña parte de la energía, mientras que una gran parte se refleja en el circuito abierto. SignificaVSWR(relación de voltaje de onda estacionaria, discutida en el capítulo de parámetros básicos) el valor aumenta La difracción alrededor de la guía de ondas proporciona una radiación deficiente y un patrón de radiación no directiva.

Patrón de radiación

La radiación de la antena de la guía de ondas es pobre y el patrón no es directivo, lo que significa omnidireccional. Unomni-directional patrón es el que no tiene cierta directividad pero que irradia en todas direcciones, de ahí que se le llame como non-directive radiation pattern.

La figura anterior muestra una vista en sección superior de un patrón omnidireccional, que también se denomina como non-directional pattern. La vista bidimensional es un patrón en forma de ocho, como ya sabemos.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena de apertura:

  • La radiación es mayor que la línea de transmisión de dos cables
  • La radiación es omnidireccional

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena de apertura:

  • VSWR aumenta
  • Pobre radiación

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena de apertura:

  • Aplicaciones de microondas
  • Aplicaciones de radar de búsqueda de superficie

La antena de la guía de ondas debe modificarse aún más para lograr un mejor rendimiento, lo que da como resultado la formación de Horn antenna.

Para mejorar la eficacia de la radiación y la direccionalidad del haz, la guía de ondas debería estar provista de una apertura extendida para convertir la discontinuidad abrupta de la onda en una transformación gradual. Para que se irradie toda la energía en la dirección de avance. Esto se puede denominar comoFlaring. Ahora, esto se puede hacer usando una antena de cuerno.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia operativa de una antena de trompeta es de alrededor 300MHz to 30GHz. Esta antena funciona enUHF y SHF rangos de frecuencia.

Construcción y funcionamiento de la antena de bocina

La energía del rayo al transformarse lentamente en radiación, se reducen las pérdidas y se mejora el enfoque del rayo. UNHorn antenna puede ser considerado como un flared out wave guide, por lo que se mejora la directividad y se reduce la difracción.

La imagen de arriba muestra el modelo de una antena de cuerno. Se muestra claramente el ensanchamiento del cuerno. Hay varias configuraciones de bocina, de las cuales tres son las que se utilizan con mayor frecuencia.

Cuerno sectorial

Este tipo de antena de bocina se enciende en una sola dirección. El quemado en la dirección del vector eléctrico produce elsectorial E-plane horn. De manera similar, el destello en la dirección del vector magnético, produce elsectorial H-plane horn.

Cuerno piramidal

Este tipo de antena de bocina tiene abocinamiento en ambos lados. Si el abocinamiento se realiza en ambas paredes E y H de una guía de ondas rectangular, entoncespyramidal horn antennaes producido. Esta antena tiene la forma de una pirámide truncada.

Cuerno cónico

Cuando las paredes de una guía de ondas circular se ensanchan, se conoce como conical horn. Esta es una terminación lógica de una guía de ondas circular.

Las figuras anteriores muestran los tipos de configuraciones de bocina, que se discutieron anteriormente.

El abocinamiento ayuda a hacer coincidir la impedancia de la antena con la impedancia del espacio libre para una mejor radiación. Evita la relación de ondas estacionarias y proporciona una mayor directividad y un ancho de haz más estrecho. La guía de ondas acampanada se puede denominar técnicamente comoElectromagnetic Horn Radiator.

Ángulo de llamarada, Φde la antena de bocina es un factor importante a considerar. Si es demasiado pequeño, la onda resultante será esférica en lugar de plana y el haz irradiado no será directivo. Por tanto, el ángulo de abocinamiento debe tener un valor óptimo y está estrechamente relacionado con su longitud.

Combinaciones

Las antenas de bocina también se pueden combinar con antenas reflectoras parabólicas para formar un tipo especial de antenas de bocina. Estos son ...

  • Antena de cuerno de cass

  • Reflector de cuerno de cerdo o cuerno triplemente plegado

En Cass-horn antenna, las ondas de radio son recogidas por la gran superficie inferior, que tiene una curva parabólica y se refleja hacia arriba en un ángulo de 45 °. Después de golpear la superficie superior, se reflejan en el punto focal. La ganancia y el ancho del haz de estos son como reflectores parabólicos.

En hog-hornantena, un cilindro parabólico se une al cuerno piramidal, donde el haz alcanza el vértice del cuerno. Forma una antena de microondas de bajo ruido. La principal ventaja de la antena de cuerno de cerdo es que su punto de recepción no se mueve, aunque la antena gira sobre su eje.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de una antena de cuerno es un frente de onda esférica. La siguiente figura muestra elradiation patternde antena de cuerno. La onda irradia desde la apertura, minimizando la difracción de ondas. El destello mantiene el rayo enfocado. El haz radiado tiene una alta directividad.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena Horn:

  • Se forman pequeños lóbulos menores
  • La coincidencia de impedancia es buena
  • Mayor directividad
  • Ancho de haz más estrecho
  • Se evitan las ondas estacionarias

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena de bocina:

  • Diseño del ángulo de destello, decide la directividad.
  • El ángulo y la longitud de la llamarada no deben ser muy pequeños

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena Horn:

  • Utilizado para estudios astronómicos
  • Utilizado en aplicaciones de microondas

Slot Antennaes un ejemplo de antena de apertura. Se hace una ranura rectangular en la hoja conductora. Estas antenas de ranura se pueden formar simplemente haciendo un corte en la superficie, donde se montan.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia utilizado para la aplicación de la antena de ranura es 300 MHz to 30 GHz. Funciona enUHF y SHF rangos de frecuencia.

Construcción y funcionamiento de antenas de ranura

El uso de antenas de ranura se comprende bien a través de su principio de funcionamiento. Echemos un vistazo a la estructura de una antena de ranura.

Cuando una hoja conductora infinita se hace un corte rectangular y los campos se excitan en la abertura (que se llama ranura), se denomina como Slot antenna. Esto se puede entender observando la imagen de una antena de ranura. La siguiente imagen muestra el modelo de una antena Slot.

El funcionamiento de Slot Antenna se puede entender fácilmente a través del principio óptico de Babinet. Este concepto ofrece una introducción a las antenas de ranura.

Principio de Babinet

El principio de Babinet establece que: “Cuando el campo detrás de una pantalla con una abertura se agrega al campo de una estructura complementaria, la suma es igual al campo cuando no hay pantalla”.

Las imágenes de arriba explican claramente el principio. En todas las regiones, que no son colineales con el haz, las dos pantallas anteriores, en las figuras 1 y 2, producen el mismo patrón de difracción.

Case 1- Considere una fuente de luz y un plano conductor (campo) con una apertura antes de una pantalla. La luz no atraviesa el área opaca, sino que atraviesa la abertura.

Case 2- Considere la fuente de luz y un plano conductor del tamaño de la apertura en el caso anterior, apoyado contra la pantalla. La luz no atraviesa el avión sino la porción restante.

Case 3- Combinar estos dos planos conductores de ambas cajas y colocarlos antes de la fuente de luz. La pantalla no se coloca para observar la combinación resultante. El efecto de la pantalla se anula.

Funcionamiento de la antena de ranura

Este principio de óptica se aplica a las ondas electromagnéticas para que la onda se irradie. Es cierto que cuando existe un campo HF a través de una ranura estrecha en un plano conductor, la energía se irradia.

La imagen muestra una antena de ranura, lo que explica bien su funcionamiento.

Considere que se toma una pantalla conductora de plano infinito y se perfora con aberturas de la forma y el tamaño deseados y esta será la pantalla de la antena de ranura. Se considera otra pantalla intercambiando los lugares de apertura y el área de pantalla que es la pantalla complementaria.

Se dice que estas dos pantallas son complementaryya que dan como resultado una pantalla de metal infinte completa. Ahora, esto se convierte en la antena de ranura. La impedancia terminal es bastante deseable para la radiación.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la antena Slot es Omni-directional, como una antena dipolo de media onda. Observe la siguiente ilustración. Muestra el patrón de radiación de la antena de ranura dibujada en planos horizontal y vertical respectivamente

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena de ranura:

  • Se puede fabricar y ocultar dentro de objetos metálicos.
  • Puede proporcionar comunicaciones encubiertas con un pequeño transmisor

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena de ranura:

  • Niveles más altos de polarización cruzada
  • Menor eficiencia de radiación

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena de ranura:

  • Por lo general, para fines de navegación por radar.
  • Utilizado como una matriz alimentada por una guía de ondas

Las micro antenas de banda son antenas de perfil bajo. Un parche de metal montado a nivel del suelo con un material dieléctrico en el medio constituye unMicro strip o Patch Antenna. Estas son antenas de muy bajo tamaño que tienen baja radiación.

Rango de frecuencia

Las antenas de parche son populares para aplicaciones de bajo perfil a frecuencias superiores 100MHz.

Construcción y funcionamiento de micro antenas de tira

Micro strip antennaConsiste en una tira metálica muy fina colocada en un plano de tierra con un material dieléctrico en el medio. El elemento radiante y las líneas de alimentación se colocan mediante el proceso de fotograbado sobre el material dieléctrico. Por lo general, el parche o micro-tira se elige para que sea de forma cuadrada, circular o rectangular para facilitar el análisis y la fabricación. La siguiente imagen muestra una antena de parche o micro-banda.

La longitud del parche de metal es λ / 2. Cuando se excita la antena, las ondas generadas dentro del dieléctrico experimentan reflejos y la energía se irradia desde los bordes del parche de metal, que es muy baja.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la antena de microbanda o parche es broad. Tiene una potencia de radiación baja y un ancho de banda de frecuencia estrecho.

los radiation patternde una microbanda o antena de parche se muestra arriba. Tiene menor directividad. Para tener una mayor directividad, se puede formar una matriz utilizando estas antenas de parche.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena Micro strip:

  • Lighteweight
  • Bajo costo
  • Facilidad de instalación

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena Micro strip:

  • Radiación ineficiente
  • Ancho de banda de frecuencia estrecho

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena Micro strip:

  • Utilizado en aplicaciones de naves espaciales
  • Utilizado en aplicaciones de aeronaves
  • Utilizado en aplicaciones de antena de bajo perfil

Las antenas, de las que hemos hablado hasta ahora, utilizaban la superficie plana. Las antenas de lentes utilizan la superficie curva tanto para la transmisión como para la recepción.Lens antennasse componen de vidrio, donde se siguen las propiedades convergentes y divergentes de la lente. Las antenas de lentes se utilizan para aplicaciones de alta frecuencia.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia de uso de la antena de lente comienza en 1000 MHz pero su uso es mayor en 3000 MHz and above.

Para comprender mejor la antena de la lente, se debe conocer el principio de funcionamiento de una lente. Una lente de vidrio normal funciona según el principio de refracción.

Construcción y funcionamiento de la antena de lente

Si se supone que una fuente de luz está presente en un punto focal de una lente, que está a una distancia focal de la lente, entonces los rayos pasan a través de la lente como rayos colimados o paralelos en el frente de onda plano.

Los rayos que pasan por el centro de la lente son menos refractados que los rayos que atraviesan los bordes de la lente. Todos los rayos se envían en paralelo al frente de onda plano. Este fenómeno de la lente se llamadivergence.

El mismo procedimiento se invierte si se envía un haz de luz desde el lado derecho al izquierdo de la misma lente. Luego, el haz se refracta y se encuentra en un punto llamado punto focal, a una distancia focal de la lente. Este fenómeno se llamaconvergence.

Lo mismo se puede entender mejor observando el siguiente diagrama:

El diagrama de rayos representa el punto focal y la distancia focal desde la fuente hasta la lente. Los rayos paralelos obtenidos también se denominan rayos colimados.

En la figura anterior, la fuente en el punto focal, a una distancia focal de la lente, se colima en el frente de onda plana. Este fenómeno se puede revertir, lo que significa que la luz, si se envía desde el lado izquierdo, converge en el lado derecho de la lente.

Debido a esta reciprocidad, la lente se puede utilizar como antena, ya que el mismo fenómeno ayuda a utilizar la misma antena tanto para la transmisión como para la recepción.

Se muestra la imagen del modelo de una antena de lente.

Para lograr las propiedades de enfoque a frecuencias más altas, el índice de refracción debe ser menor que la unidad. Cualquiera que sea el índice de refracción, el objetivo de la lente es enderezar la forma de onda. En base a esto, se desarrollan las lentes del plano E y del plano H, que también retrasan o aceleran el frente de onda.

Tipos de lentes de antenas

Están disponibles los siguientes tipos de antenas de lente:

  • Lente di-eléctrica o lente de placa metálica de plano H o lente de retardo (las ondas viajeras se retrasan por el medio de la lente)

  • Lente de placa de metal E-plane

  • Lente de tipo dieléctrico no metálico

  • Lente de tipo dieléctrico metálico o artificial

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena de lente:

  • En antenas de lentes, alimentación y soporte de alimentación, no obstruya la apertura.

  • Tiene mayor tolerancia de diseño.

  • Se puede manejar una mayor cantidad de onda que un reflector parabólico.

  • La viga se puede mover angularmente con respecto al eje.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de la antena de lente:

  • Las lentes son pesadas y voluminosas, especialmente en frecuencias más bajas

  • Complejidad en el diseño

  • Más costoso en comparación con los reflectores, para las mismas especificaciones

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena de lente:

  • Utilizado como antena de banda ancha

  • Especialmente utilizado para aplicaciones de frecuencia de microondas.

Las propiedades convergentes de las antenas de lentes se pueden utilizar para desarrollar un nivel superior de antenas conocidas como antenas reflectoras parabólicas, que se utilizan ampliamente en las comunicaciones por satélite. Discutiremos sobre ellos en el próximo capítulo.

Parabolic Reflectorsson antenas de microondas. Para comprender mejor estas antenas, se debe discutir el concepto de reflector parabólico.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia utilizado para la aplicación de antenas reflectoras parabólicas es above 1MHz. Estas antenas se utilizan ampliamente para aplicaciones inalámbricas y de radio.

Principio de funcionamiento

La definición estándar de una parábola es - Lugar geométrico de un punto, que se mueve de tal manera que su distancia desde el punto fijo (llamado focus) más su distancia desde una línea recta (llamada directrix) es constante.

La siguiente figura muestra la geometría del reflector parabólico. El puntoF es el foco (se da alimento) y Ves el vértice. La línea que une F y V es el eje de simetría. PQ son los rayos reflejados dondeLrepresenta la línea directriz en la que se encuentran los puntos reflejados (para decir que son colineales). Por lo tanto, según la definición anterior, la distancia entre F y L es constante con respecto a las ondas que se están enfocando.

La onda reflejada forma un frente de onda colimado, fuera de la forma parabólica. La relación entre la distancia focal y el tamaño de apertura (es decir, f / D) conocida como“f over D ratio”es un parámetro importante del reflector parabólico. Su valor varía de0.25 to 0.50.

La ley de la reflexión establece que el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales. Esta ley, cuando se usa junto con una parábola, ayuda a enfocar el haz. La forma del

La parábola cuando se usa con el propósito de reflejar ondas, exhibe algunas propiedades de la parábola, que son útiles para construir una antena, usando las ondas reflejadas.

Propiedades de la parábola

  • Todas las ondas que se originan en el foco se reflejan en el eje parabólico. Por tanto, todas las ondas que llegan a la apertura están en fase.

  • Como las ondas están en fase, el haz de radiación a lo largo del eje parabólico será fuerte y concentrado.

Siguiendo estos puntos, los reflectores parabólicos ayudan a producir una alta directividad con un ancho de haz más estrecho.

Construcción y funcionamiento de un reflector parabólico

Si se utiliza una antena de reflector parabólico para transmitir una señal, la señal de la alimentación sale de un dipolo o una antena de cuerno, para enfocar la onda en la parábola. Significa que las ondas salen del punto focal y golpean el reflector paraboloidal. Esta ola ahora se refleja comocollimated wave front, como se discutió anteriormente, para ser transmitido.

La misma antena se utiliza como receptor. Cuando la onda electromagnética golpea la forma de la parábola, la onda se refleja en el punto de alimentación. El dipolo o la antena de bocina, que actúa como antena receptora en su alimentación, recibe esta señal para convertirla en señal eléctrica y la reenvía a los circuitos del receptor.

La siguiente imagen muestra una antena reflectora parabólica.

La ganancia del paraboloide es función de la relación de apertura. (D/λ). El poder irradiado eficaz(ERP) de una antena es la multiplicación de la potencia de entrada alimentada a la antena y su ganancia de potencia.

Por lo general, se utiliza una antena de bocina guía de ondas como radiador de alimentación para la antena reflectora paraboloide. Junto con esta técnica, tenemos otro tipo de alimentación que se le da a la antena reflectora paraboloide, llamada alimentación Cassegrain.

Pienso Cassegrain

El grano de casse es otro tipo de alimentación que se le da a la antena reflectora. En este tipo, la alimentación se ubica en el vértice del paraboloide, a diferencia del reflector parabólico. Un reflector de forma convexa, que actúa como un hiperboloide, se coloca frente a la alimentación de la antena. También se conoce comosecondary hyperboloid reflector o sub-reflector. Se coloca de manera que uno de los focos coincida con el foco del paraboloide. Por tanto, la onda se refleja dos veces.

La figura anterior muestra el modelo de trabajo del pienso cassegrain.

Funcionamiento de una antena Cassegrain

Cuando la antena actúa como una antena transmisora, la energía de la alimentación se irradia a través de una antena de bocina hacia el reflector cóncavo hiperboloide, que nuevamente se refleja en el reflector parabólico. La señal se refleja en el espacio desde allí. Por lo tanto, se controla el desperdicio de energía y se mejora la directividad.

Cuando se usa la misma antena para la recepción, las ondas electromagnéticas golpean el reflector, se reflejan en el hiperboloide cóncavo y desde allí llegan a la alimentación. Una antena de bocina guía de ondas se presenta allí para recibir esta señal y la envía al circuito del receptor para su amplificación.

Eche un vistazo a la siguiente imagen. Muestra un reflector paraboloide con alimentación de cassegrain.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de la antena reflectora parabólica:

  • Reducción de lóbulos menores

  • Se reduce el desperdicio de energía

  • Se logra una distancia focal equivalente

  • El pienso se puede colocar en cualquier lugar, según nuestra conveniencia.

  • El ajuste del haz (estrechamiento o ensanchamiento) se realiza ajustando las superficies reflectantes

Desventaja

La siguiente es la desventaja de una antena reflectora parabólica:

  • Parte de la potencia que se refleja en el reflector parabólico está obstruida. Esto se convierte en un problema con los paraboloides de pequeñas dimensiones.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de la antena reflectora parabólica:

  • El reflector parabólico de alimentación de cassegrain se utiliza principalmente en comunicaciones por satélite.

  • También se utiliza en sistemas de telecomunicaciones inalámbricas.

Veamos el otro tipo de alimentación llamada alimentación gregoriana para los reflectores parabólicos.

Pienso gregoriano

Este es otro tipo de alimento utilizado. Hay un par de ciertas configuraciones, donde el ancho del haz de alimentación aumenta progresivamente mientras que las dimensiones de la antena se mantienen fijas. Este tipo de alimento se conoce como alimento gregoriano. Aquí, el hiperboloide de forma convexa de casssegrain se reemplaza por un reflector paraboloide de forma cóncava, que por supuesto es más pequeño en tamaño.

Estas Gregorian feed Los reflectores de tipo se pueden utilizar de cuatro formas:

  • Sistemas gregorianos que utilizan reflector subreflector elipsoidal en focos F1.

  • Sistemas gregorianos que utilizan reflector subreflector elipsoidal en focos F2.

  • Sistemas Cassegrain que utilizan subreflector hiperboloide (convexo).

  • Sistemas Cassegrain que utilizan subreflector hiperboloide (cóncavo, pero la alimentación está muy cerca).

Todos estos son solo para mencionar porque no son populares y no se usan ampliamente. Tienen sus limitaciones.

La figura muestra claramente el patrón de trabajo de todos los tipos de reflectores. Hay otros tipos de reflectores paraboloides como:

  • Cortar- paraboloide
  • Cilindro parabólico
  • Paraboloide pastillero

Sin embargo, todos ellos rara vez se utilizan por las limitaciones y desventajas que presentan en sus condiciones de trabajo.

Por tanto, de todos los tipos de antenas reflectoras, los reflectores parabólicos simples y los reflectores parabólicos de alimentación de grano son los más utilizados.

Una antena, cuando individualmente puede irradiar una cantidad de energía, en una dirección particular, resultando en una mejor transmisión, como sería si se le agregan pocos elementos más, para producir una salida más eficiente. Es exactamente esta idea la que condujo a la invención deAntenna arrays.

Una matriz de antenas se puede entender mejor observando las siguientes imágenes. Observe cómo están conectados los conjuntos de antenas.

Un antenna arrayes un sistema radiante, que consta de radiadores y elementos individuales. Cada uno de este radiador, mientras funciona, tiene su propio campo de inducción. Los elementos se colocan tan cerca que cada uno se encuentra en el campo de inducción del vecino. Por tanto, el patrón de radiación producido por ellos, sería la suma vectorial de los individuales. La siguiente imagen muestra otro ejemplo de una matriz de antenas.

El espaciamiento entre los elementos y la longitud de los elementos según la longitud de onda también deben tenerse en cuenta al diseñar estas antenas.

Las antenas irradian individualmente y en arreglo, la radiación de todos los elementos se suma, para formar el haz de radiación, que tiene alta ganancia, alta directividad y mejor rendimiento, con pérdidas mínimas.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de utilizar conjuntos de antenas:

  • La fuerza de la señal aumenta
  • Se obtiene alta directividad
  • Los lóbulos menores se reducen mucho
  • Se logra una alta relación señal-ruido
  • Se obtiene una alta ganancia
  • Se reduce el desperdicio de energía
  • Se obtiene un mejor rendimiento

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de las antenas de matriz:

  • Aumentan las pérdidas resistivas
  • El montaje y el mantenimiento son difíciles
  • Se requiere un gran espacio externo

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de las antenas de matriz:

  • Utilizado en comunicaciones por satélite
  • Utilizado en comunicaciones inalámbricas
  • Utilizado en comunicaciones de radar militar
  • Utilizado en el estudio astronómico

Tipos de matrices

Los tipos básicos de matrices son:

  • Matriz colineal
  • Matriz lateral amplia
  • Matriz de fuego final
  • Matriz parasitaria
  • Matriz Yagi-Uda
  • Matriz log-peroídica
  • Matriz de torniquete
  • Matriz de súper torniquetes

Discutiremos estas matrices en los próximos capítulos.

UN Collinear arrayconsta de dos o más dipolos de media onda, que se colocan de extremo a extremo. Estas antenas se colocan sobre una línea o eje común, siendo paralelas o colineales.

La radiación máxima en estos arreglos es de lado ancho y perpendicular a la línea del arreglo. Estas matrices también se denominanbroad cast o Omni-directional arrays.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que operan las antenas de matriz colineal es de alrededor de 30 MHz to 3GHz que pertenecen a la VHF y UHF bandas.

Construcción de Array

Estas matrices colineales son uni-directional antennastener alta ganancia. El propósito principal de esta matriz es aumentar la potencia radiada y proporcionar un haz direccional alto, evitando la pérdida de potencia en otras direcciones.

Las imágenes de arriba muestran las imágenes de matrices colineales. En la figura 1, se ve que la matriz colineal se forma usando dipolos plegados, mientras que en la figura 2, la matriz colineal está formada por dipolos normales. Ambos tipos son dipolos de media onda que se utilizan comúnmente.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de estos arreglos colineales es similar al de un solo dipolo, pero el patrón de arreglo de un número creciente de dipolos marca la diferencia.

El patrón de radiación de la matriz colineal cuando se hace usando dos elementos, tres elementos y cuatro elementos respectivamente se muestra en la figura dada arriba.

los broad side array también tiene el mismo patrón, en el que la dirección de máxima radiación es perpendicular a la línea de antena.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de las antenas de matriz colineal:

  • El uso de matriz reduce los extremos anchos y aumenta la directividad
  • Se minimizan los lóbulos menores
  • Se reduce el desperdicio de energía

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de las antenas de matriz colineal:

  • El desplazamiento de estas antenas es una tarea difícil
  • Usado solo en áreas al aire libre

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de las antenas de matriz colineal:

  • Utilizado para bandas VHF y UHF
  • Utilizado en comunicaciones bidireccionales
  • También se utiliza con fines de radiodifusión

El conjunto de antenas en su forma más simple, que tiene un número de elementos de igual tamaño, igualmente espaciados a lo largo de una línea recta o eje, formando puntos colineales, con todos los dipolos en la misma fase, de la misma fuente juntos forman el broad side array.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que operan las antenas de matriz colineal es de alrededor de 30 MHz to 3GHz que pertenecen a la VHF y UHF bandas.

Construcción y funcionamiento de la matriz de lado ancho

Según la definición estándar, "Una disposición en la que la dirección principal de radiación es perpendicular al eje de la matriz y también al plano que contiene el elemento de la matriz" se denomina broad side array. Por tanto, el patrón de radiación de la antena es perpendicular al eje en el que existe la matriz.

El siguiente diagrama muestra la matriz lateral ancha, en vista frontal y vista lateral, respectivamente.

La matriz del lado ancho es fuertemente direccional en ángulo recto con el plano de la matriz. Sin embargo, la radiación en el avión será muy inferior debido a la cancelación en la dirección que une al centro.

A continuación se muestra la figura de la matriz lateral ancha con espaciado λ / 4.

Las longitudes típicas de las antenas en la disposición lateral ancha son de 2 a 10 longitudes de onda. Los espaciamientos típicos son λ / 2 o λ. Los puntos de alimentación de los dipolos se unen como se muestra en la figura.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de esta antena es bidireccional y en ángulo recto con el plano. El haz es muy estrecho con alta ganancia.

La figura anterior muestra el patrón de radiación de la matriz lateral ancha. El haz es un poco más ancho y los lóbulos menores se reducen mucho en esto.

La disposición física de end-fire arrayes el mismo que el de la matriz de lado ancho. La magnitud de las corrientes en cada elemento es la misma, pero existe una diferencia de fase entre estas corrientes. Esta inducción de energía difiere en cada elemento, lo que se puede entender en el siguiente diagrama.

La figura anterior muestra la matriz de fuego final en las vistas superior y lateral respectivamente.

No hay radiación en los ángulos rectos al plano de la matriz debido a la cancelación. El primer y tercer elemento se desfasan y, por lo tanto, cancelan la radiación de los demás. Del mismo modo, el segundo y el cuarto se alimentan fuera de fase, para cancelarse.

El espaciado de dipolos habitual será λ / 4 o 3λ / 4. Esta disposición no solo ayuda a evitar la radiación perpendicular al plano de la antena, sino que también ayuda a que la energía radiada se desvíe hacia la dirección de radiación de todo el conjunto. Por tanto, se evitan los lóbulos menores y se aumenta la directividad. El haz se vuelve más estrecho con el aumento de elementos.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la matriz de fuego final es uni-directional. Un lóbulo mayor se encuentra en un extremo, donde está presente la máxima radiación, mientras que los lóbulos menores representan las pérdidas.

La figura explica el patrón de radiación de una matriz de fuego final. La figura 1 es el patrón de radiación para una sola matriz, mientras que las figuras 2, 3 y 4 representan el patrón de radiación para múltiples matrices.

Matriz de disparo final frente a matriz lateral amplia

Hemos estudiado ambas matrices. Intentemos comparar las matrices de extremo ancho y de extremo ancho, junto con sus características.

La figura ilustra el patrón de radiación de la matriz de fuego final y la matriz lateral ancha.

  • Tanto la matriz de fuego final como la matriz lateral ancha son lineales y resonantes, ya que consisten en elementos resonantes.

  • Debido a la resonancia, ambas matrices muestran un haz más estrecho y una alta directividad.

  • Ambas matrices se utilizan con fines de transmisión.

  • Ninguno de ellos se utiliza para la recepción, ya que la necesidad de cubrir un rango de frecuencias es necesaria para cualquier tipo de recepción.

Los conjuntos de antenas, como se ve arriba, se utilizan para mejorar la ganancia y la directividad.

UN parasitic elementes un elemento que depende del feed de otros. No tiene alimentación propia. Por lo tanto, en este tipo de matrices empleamos dichos elementos, que ayudan a aumentar la radiación indirectamente.

Estos elementos parásitos no están conectados directamente a la alimentación.

La imagen de arriba muestra un ejemplo de una matriz parasitaria. La estructura de malla que se ve en la imagen no es más que un conjunto de reflectores. Estos reflectores no están conectados eléctricamente. Aumentan la fuerza de la señal aumentando la directividad del haz.

Construcción y trabajo de matriz parasitaria

Veamos las partes importantes de una matriz de parásitos y cómo funcionan.

Las partes principales son:

  • Elemento conducido
  • Elementos parasitarios
    • Reflector
    • Director
  • Boom

Elemento conducido

Las antenas irradian individualmente y mientras están en disposición, la radiación de todos los elementos se suma para formar el haz de radiación. No es necesario que todos los elementos de la matriz estén conectados a la alimentación. El dipolo que está conectado a la alimentación se conoce comodriven element.

Elementos parasitarios

Los elementos que se añaden no poseen una conexión eléctrica entre ellos al elemento accionado o la alimentación. Se colocan de modo que se encuentren en el campo de inducción del elemento accionado. Por lo tanto, se les conoce comoparasitic elements.

Reflector

Si uno de los elementos parásitos, que es un 5% más largo que el elemento impulsado, se coloca cerca del elemento impulsado es más largo, entonces actúa como un espejo cóncavo, que refleja la energía en la dirección del patrón de radiación en lugar de en su propia dirección. y por lo tanto se conoce como reflector.

Director

Un elemento parásito, que es un 5% más corto que el elemento impulsado, del que recibe energía, tiende a aumentar la radiación en su propia dirección y, por lo tanto, se comporta como una lente convexa convergente. Este elemento se llama comodirector. Se colocan varios directores para aumentar la directividad.

Auge

El elemento sobre el que se colocan todos estos se llama un boom. Es una estructura no metálica que proporciona aislamiento, por lo que no habrá ningún cortocircuito entre los otros elementos del arreglo.

Estos son todos los elementos principales que contribuyen a la radiación. Esto se puede entender mejor con la ayuda de un diagrama.

La imagen que se muestra arriba es la de una matriz parásita, que muestra las partes de la matriz parásita como el elemento impulsado, los directores y el reflector. El pienso se da a través del alimentador.

Las matrices se utilizan en frecuencias que van desde 2MHz a several GHz. Estos se utilizan especialmente para obtener una alta directividad y una mejor ganancia hacia adelante con ununi-directional. El ejemplo más común de este tipo de matriz es elYagi-Uda antenna. La antena cuádruple también se puede citar como otro ejemplo.

Yagi-Uda antennaes el tipo de antena más utilizado para la recepción de televisión en las últimas décadas. Es el tipo de antena más popular y fácil de usar con mejor rendimiento, que es famoso por su alta ganancia y directividad.

Frequency range

El rango de frecuencia en el que operan las antenas Yagi-Uda es de alrededor 30 MHz to 3GHz que pertenecen a la VHF y UHF bandas.

Construcción de la antena Yagi-Uda

Se vio una antena Yagi-Uda en la parte superior de casi todas las casas durante las últimas décadas. Los elementos parásitos y el dipolo forman juntos esta antena Yagi-Uda.

La figura muestra un Yagi-Uda antenna. Se ve que hay muchos directores colocados para aumentar la directividad de la antena. El alimentador es el dipolo plegado. El reflector es el elemento largo, que se encuentra al final de la estructura.

La figura muestra una forma clara de la antena Yagi-Uda. La estructura similar a una varilla central en la que se montan los elementos se llamaboom. El elemento al que se conecta una cabeza negra gruesa es eldriven elemental que la línea de transmisión está conectada internamente, a través de ese perno negro. El único elemento presente en la parte posterior del elemento impulsado es elreflector, que refleja toda la energía hacia la dirección del patrón de radiación. Los otros elementos, antes del elemento impulsado, son losdirectors, que dirigen el haz hacia el ángulo deseado.

Diseño

Para diseñar esta antena, se deben seguir las siguientes especificaciones de diseño.

Ellos son -

ELEMENTO ESPECIFICACIÓN
Longitud del elemento conducido 0.458λ a 0.5λ
Longitud del reflector 0.55λ hasta 0.58λ
Duración del Director 1 0.45λ
Duración del Director 2 0.40λ
Duración del Director 3 0.35λ
Espaciamiento entre directores 0.2λ
Reflector a espaciado dipolo 0.35λ
Espaciado dipolo a director 0.125λ

Si se siguen las especificaciones dadas anteriormente, se puede diseñar una antena Yagi-Uda.

Patrón de radiación

El patrón direccional de la antena Yagi-Uda es highly directive como se muestra en la figura que se muestra a continuación.

Los lóbulos menores se suprimen y la directividad del lóbulo mayor aumenta mediante la adición de directores a la antena.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de las antenas Yagi-Uda:

  • Se logra una alta ganancia.
  • Se logra una alta directividad.
  • Facilidad de manejo y mantenimiento.
  • Se desperdicia menos cantidad de energía.
  • Cobertura más amplia de frecuencias.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de las antenas Yagi-Uda:

  • Propenso al ruido.
  • Propenso a los efectos atmosféricos.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de las antenas Yagi-Uda:

  • Se utiliza principalmente para la recepción de televisión.
  • Se utiliza donde se necesita una aplicación de frecuencia única.

La antena Yagi-Uda se utiliza principalmente para fines domésticos. Sin embargo, para fines comerciales y para sintonizar un rango de frecuencias, necesitamos tener otra antena conocida comoLog-periodic antenna. Una antena logarítmica periódica es aquella cuya impedancia es una función de frecuencia logarítmicamente periódica.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que operan las antenas log-periódicas es de alrededor 30 MHz to 3GHz que pertenecen a la VHF y UHF bandas.

Construcción y funcionamiento de antena log-periódica

La construcción y operación de una antena logarítmica periódica es similar a la de una antena Yagi-Uda. La principal ventaja de esta antena es que exhibe características constantes en un rango de frecuencia de operación deseado. Tiene la misma resistencia a la radiación y, por tanto, la misma ROE. La ganancia y la relación de adelante hacia atrás también son las mismas.

La imagen muestra una antena logarítmica periódica.

Con el cambio en la frecuencia de operación, la región activa se desplaza entre los elementos y, por lo tanto, todos los elementos no estarán activos solo en una sola frecuencia. Esta es suspecial characteristic.

Hay varios tipos de antenas logarítmicas periódicas, como las planas, trapezoidales, en zig-zag, tipo V, de ranura y dipolo. El más utilizado es la matriz de dipolos log-periódica, en resumen, LPDA.

El diagrama de la matriz logarítmica periódica se muestra arriba.

La estructura física y las características eléctricas, cuando se observan, son de naturaleza repetitiva. La matriz consta de dipolos de diferentes longitudes y espaciamientos, que se alimentan desde una línea de transmisión de dos hilos. Esta línea se transpone entre cada par de dipolos adyacentes.

Las longitudes y separaciones de los dipolos están relacionadas por la fórmula:

$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$

Dónde

  • т es la relación de diseño y т <1
  • R es la distancia entre la alimentación y el dipolo
  • l es la longitud del dipolo.

Las ganancias directivas obtenidas son de bajas a moderadas. Los patrones de radiación pueden serUnidirectional or Bi-directional.

Patrón de radiación

El patrón de radiación de la antena logarítmica periódica puede ser unidireccional o bidireccional, dependiendo de las estructuras logarítmicas periódicas.

por uni-directional Log-periodic antenna, la radiación hacia el elemento más corto es de cantidad considerable, mientras que en la dirección de avance es pequeña o nula.

El diagrama de radiación para la antena logarítmica periódica unidireccional se indica más arriba.

por bi-directional Log-periodic antenna, la radiación máxima está en el lado ancho, que es normal a la superficie de la antena.

La figura anterior muestra el patrón de radiación de una antena logarítmica periódica bidireccional.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de las antenas log-periódicas:

  • El diseño de la antena es compacto.
  • La ganancia y el patrón de radiación se varían según los requisitos.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas de las antenas log-periódicas:

  • Montaje externo.
  • El costo de instalación es alto.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de las antenas log-periódicas:

  • Utilizado para comunicaciones HF.
  • Se utiliza para determinados tipos de recepciones de televisión.
  • Se utiliza para la monitorización completa en bandas de frecuencias más altas.

los Turnstile antennaes otro tipo de antena de matriz. La forma de esta matriz simboliza el torniquete, que se utiliza en las entradas de algunos lugares. Esta antena tiene una amplia variedad de aplicaciones militares.

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia en el que operan las antenas de torniquete es de alrededor 30 MHz to 3GHz que pertenecen a la VHF y UHF bandas.

Construcción y funcionamiento de antena de torniquete

Dos dipolos de media onda idénticos se colocan en ángulo recto entre sí y se alimentan en fase. Estos dipolos se excitan 90 ° fuera de fase entre sí. La matriz de torniquetes también se puede denominar comocrossed dipoles array.

Las imágenes de arriba ilustran antenas de torniquete.

Para proporcionar una alta directividad, se pueden apilar varios torniquetes a lo largo de un eje vertical y se escalonan como se muestra en la figura anterior. La polarización de estas antenas de torniquete depende de su modo de funcionamiento.

El par de tales dipolos apilados con frecuencia se conoce como BAY. En las figuras mostradas arriba, dos bahías están espaciadas a media longitud de onda(λ/2)aparte y los elementos correspondientes se alimentan en fase. La radiación producida por la combinación de bahías da como resultado una mejor directividad.

Modos de operacion

Los siguientes son los modos de funcionamiento de una antena de torniquete.

Normal mode

En el modo de funcionamiento normal, la antena irradia horizontally polarized ondas que son perpendiculares a su eje.

Axial mode

En el modo de funcionamiento axial, la antena irradia circularly polarized ondas a lo largo de su eje, es decir, paralelas a su eje.

Para la polarización circular, el transmisor que irradia con polarización circular derecha debe tener un receptor con la misma polarización circular derecha y viceversa. Si es uno polarizado circular a la izquierda, a diferencia del transmisor, habrá una gran pérdida de ganancia.

Antena súper torniquete

Para una antena de torniquete, la potencia de radiación es 3dB por debajo de la radiación máxima de un dipolo de media onda que irradia la misma potencia. Por tanto, para superar esta desventaja,Super-turnstile antenna está construído.

Los elementos dipolo simples en torniquete son reemplazados por cuatro láminas planas en Super-torniquete. El diseño del conjunto de súper torniquetes es tal que se pueden construir de 1 a 8 bahías en un solo mástil. El otro nombre de la antena Super-torniquete es elBatwing Antenna.

Las imágenes de arriba muestran una antena súper torniquete. La Figura 1 muestra la disposición de la matriz de supervoltaje con los puntos rojos como puntos de alimentación. La Figura 2 muestra el conjunto de torniquetes apilados que se utilizan en las comunicaciones por satélite.

Patrón de radiación

El patrón de radiación será similar al patrón de radiación de dos dipolos superpuestos. Aunque está cerca del patrón omnidireccional, deja un patrón en forma de hoja de clavo.

La figura anterior muestra el patrón de radiación de un conjunto de torniquetes. Los patrones típicos de figura de ocho se combinaron para producir un patrón casi circular.

  • La Figura A muestra los patrones individuales que se combinan.

  • La Figura B muestra el patrón vertical de una bahía y también el patrón combinado de cuatro bahías.

  • La Figura C muestra el patrón combinado resultante de cuatro bahías que muestran una mejor directividad.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas de las antenas de torniquete:

  • La alta ganancia se logra apilando

  • El súper torniquete produce una salida de alta ganancia

  • Se logra una mejor directividad

Desventaja

La siguiente es la desventaja de las antenas de torniquete:

  • La potencia de radiación está 3dB por debajo de la radiación máxima de un dipolo de media onda que irradia la misma potencia.

Aplicaciones

Las siguientes son las aplicaciones de las antenas de torniquete:

  • Utilizado para comunicaciones VHF

  • Utilizado para transmisiones de TV y FM

  • Utilizado en comunicaciones militares

  • Utilizado en comunicaciones por satélite

En la atmósfera de la Tierra, la propagación de la onda depende no solo de las propiedades de la onda, sino también de los efectos ambientales y de las capas de la atmósfera terrestre. Todos estos deben estudiarse para formarse una idea de cómo se propaga una onda en el medio ambiente.

Echemos un vistazo al frequency spectrumsobre el cual tiene lugar la transmisión o recepción de la señal. Se fabrican diferentes tipos de antenas dependiendo del rango de frecuencia en el que se operan.

Espectro electromagnético

La comunicación inalámbrica se basa en el principio de transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. Estas ondas se pueden caracterizar por su frecuencia (f) y su longitud de onda (λ) lambda.

En la siguiente figura se ofrece una representación pictórica del espectro electromagnético.

Bandas de baja frecuencia

Las bandas de baja frecuencia comprenden las porciones de radio, microondas, infrarrojos y visibles del espectro. Pueden utilizarse para la transmisión de información modulando la amplitud, frecuencia o fase de las ondas.

Bandas de alta frecuencia

Las bandas de alta frecuencia se componen de rayos X y rayos gamma. En teoría, estas ondas son mejores para la propagación de información. Sin embargo, estas ondas no se utilizan en la práctica debido a la dificultad de modulación y las ondas son perjudiciales para los seres vivos. Además, las ondas de alta frecuencia no se propagan bien a través de los edificios.

Bandas de frecuencia y sus usos

La siguiente tabla muestra las bandas de frecuencia y sus usos:

Nombre de banda Frecuencia Longitud de onda Aplicaciones
Frecuencia extremadamente baja (ELF) 30 Hz a 300 Hz 10,000 a 1,000 KM Frecuencias de las líneas eléctricas
Frecuencia de voz (VF) 300 Hz a 3 KHz 1,000 a 100 KM Comunicaciones telefónicas
Muy baja frecuencia (VLF) 3 KHz a 30 KHz 100 a 10 KM Comunicaciones marinas
Baja frecuencia (LF) 30 KHz a 300 KHz 10 a 1 KM Comunicaciones marinas
Frecuencia media (MF) 300 KHz a 3 MHz 1000 hasta 100 m Radiodifusión AM
Alta frecuencia (HF) 3 MHz a 30 MHz 100 hasta 10 m Comunicaciones de aeronaves / barcos de larga distancia
Muy alta frecuencia (VHF) 30 MHz a 300 MHz 10 hasta 1 m Radiodifusión FM
Frecuencia ultra alta (UHF) 300 MHz a 3 GHz 100 hasta 10 cm Telefono celular
Super alta frecuencia (SHF) 3 GHz a 30 GHz 10 a 1 cm Comunicaciones por satélite, enlaces de microondas
Frecuencia extremadamente alta (EHF) 30 GHz a 300 GHz 10 hasta 1 mm Bucle local inalámbrico
Infrarrojo 300 GHz a 400 THz 1 mm hasta 770 nm Electrónica de consumo
Luz visible 400 THz a 900 THz De 770 a 330 nm Comunicaciones ópticas

Asignación de espectro

Dado que el espectro electromagnético es un recurso común, abierto al acceso de cualquier persona, se han elaborado varios acuerdos nacionales e internacionales sobre el uso de las diferentes bandas de frecuencias dentro del espectro. Los gobiernos nacionales individuales asignan espectro para aplicaciones tales como transmisión de radio AM / FM, transmisión de televisión, telefonía móvil, comunicaciones militares y uso gubernamental.

Worldwide, una agencia de la Unión Internacional de Telecomunicaciones Radio Communication (ITU-R) Oficina denominada Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones (WARC) intenta coordinar la asignación de espectro por parte de los distintos gobiernos nacionales, de modo que se puedan fabricar dispositivos de comunicación que puedan funcionar en varios países.

Limitaciones de transmisión

Cuatro tipos de limitaciones que afectan las transmisiones de ondas electromagnéticas son:

Atenuación

Según la definición estándar, “La disminución de la calidad y la fuerza de la señal se conoce como attenuation. "

La fuerza de una señal disminuye con la distancia sobre el medio de transmisión. El grado de atenuación es una función de la distancia, el medio de transmisión y la frecuencia de la transmisión subyacente. Incluso en el espacio libre, sin ningún otro impedimento, la señal transmitida se atenúa con la distancia, simplemente porque la señal se extiende sobre un área cada vez más grande.

Distorsión

Según la definición estándar, “Cualquier cambio que altere la relación básica entre los componentes de frecuencia de una señal o los niveles de amplitud de una señal se conoce como distortion. "

La distorsión de una señal es el proceso que provoca la alteración de las propiedades de la señal, agregando algunos componentes no deseados, lo que afecta la calidad de la señal. Por lo general, esto ocurre en el receptor de FM, donde la señal recibida a veces se altera por completo y produce un zumbido como salida.

Dispersión

Según la definición estándar, "Dispersion es el fenómeno en el que la velocidad de propagación de una onda electromagnética depende de la longitud de onda ".

Dispersiones el fenómeno de propagación de una ráfaga de energía electromagnética durante la propagación. Es especialmente frecuente en transmisiones por cable, como la fibra óptica. Las ráfagas de datos enviados en rápida sucesión tienden a fusionarse debido a la dispersión. Cuanto mayor sea la longitud del cable, más severo será el efecto de dispersión. El efecto de la dispersión es limitar el producto de R y L. Donde‘R’ es el data rate y ‘L’ es distance.

ruido

Según la definición estándar, "Cualquier forma de energía no deseada que tiende a interferir con la recepción y reproducción adecuada y fácil de las señales deseadas se conoce como ruido".

La forma de ruido más generalizada es thermal noise. A menudo se modela utilizando un modelo gaussiano aditivo. El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones y se distribuye uniformemente en todo el espectro de frecuencias.

Otras formas de ruido incluyen:

  • Inter modulation noise - Causado por señales producidas en frecuencias que son sumas o diferencias de frecuencias portadoras.

  • Crosstalk - Interferencia entre dos señales.

  • Impulse noise- Pulsos irregulares de alta energía provocados por perturbaciones electromagnéticas externas. Es posible que un ruido impulsivo no tenga un impacto significativo en los datos analógicos. Sin embargo, tiene un efecto notable en los datos digitales, provocando errores de ráfaga.

En este capítulo, veamos diferentes temas de interés como las propiedades de las ondas de radio, la propagación de las ondas de radio y sus tipos.

Ondas de radio

Las ondas de radio son fáciles de generar y se utilizan ampliamente para comunicaciones tanto en interiores como en exteriores debido a su capacidad para atravesar edificios y viajar largas distancias.

Las características clave son:

  • Dado que la transmisión de radio es Omni directional en la naturaleza, no surge la necesidad de alinear físicamente el transmisor y el receptor.

  • La frecuencia de la onda de radio determina muchas de las características de la transmisión.

  • A bajas frecuencias, las ondas pueden atravesar obstáculos fácilmente. Sin embargo, su potencia cae con relación al cuadrado inverso con respecto a la distancia.

  • Las ondas de mayor frecuencia son más propensas a ser absorbidas por las gotas de lluvia y se reflejan en los obstáculos.

  • Debido al largo alcance de transmisión de las ondas de radio, la interferencia entre transmisiones es un problema que debe abordarse.

En las bandas VLF, LF y MF la propagación de ondas, también llamada ground wavessigue la curvatura de la tierra. Los rangos máximos de transmisión de estas ondas son del orden de unos cientos de kilómetros. Se utilizan para transmisiones de ancho de banda bajo, como la radiodifusión de modulación de amplitud (AM).

Las transmisiones de las bandas de HF y VHF son absorbidas por la atmósfera, cerca de la superficie de la Tierra. Sin embargo, una parte de la radiación, llamadasky wave, se irradia hacia afuera y hacia arriba a la ionosfera en la atmósfera superior. La ionosfera contiene partículas ionizadas formadas debido a la radiación del sol. Estas partículas ionizadas reflejan las ondas del cielo de regreso a la Tierra. Una poderosa onda del cielo puede reflejarse varias veces entre la Tierra y la ionosfera. Las ondas del cielo son utilizadas por radioaficionados aficionados y para comunicaciones militares.

Propagación de ondas de radio

En Radio communication systems, utilizamos ondas electromagnéticas inalámbricas como canal. Las antenas de diferentes especificaciones se pueden utilizar para estos fines. Los tamaños de estas antenas dependen del ancho de banda y la frecuencia de la señal a transmitir.

El modo de propagación de las ondas electromagnéticas en la atmósfera y en el espacio libre puede dividirse en las tres categorías siguientes:

  • Propagación de línea de visión (LOS)
  • Propagación de ondas terrestres
  • Propagación de ondas de cielo

En las bandas de frecuencia ELF (frecuencia extremadamente baja) y VLF (frecuencia muy baja), la Tierra y la ionosfera actúan como una guía de ondas para la propagación de ondas electromagnéticas.

En estos rangos de frecuencia, las señales de comunicación se propagan prácticamente por todo el mundo. Los anchos de banda del canal son pequeños. Por tanto, la información que se transmite a través de estos canales tiene una velocidad lenta y se limita a la transmisión digital.

Propagación de línea de visión (LOS)

Entre los modos de propagación, esta propagación de línea de visión es la que notamos comúnmente. En elline-of-sight communication, como su nombre lo indica, la ola viaja una distancia mínima de visión. Lo que significa que viaja a la distancia hasta la que puede ver a simple vista. Ahora que pasa después de eso? Necesitamos emplear un amplificador con transmisor aquí para amplificar la señal y transmitir nuevamente.

Esto se comprende mejor con la ayuda del siguiente diagrama.

La figura describe este modo de propagación con mucha claridad. La propagación de la línea de visión no será uniforme si se produce algún obstáculo en su ruta de transmisión. Como la señal solo puede viajar a distancias menores en este modo, esta transmisión se utiliza parainfrared o microwave transmissions.

Propagación de ondas de tierra

La propagación de la onda terrestre de la onda sigue el contorno de la tierra. Tal ola se llamadirect wave. La onda a veces se dobla debido al campo magnético de la Tierra y se refleja en el receptor. Tal ola se puede denominar comoreflected wave.

La figura anterior muestra la propagación de ondas terrestres. La onda cuando se propaga a través de la atmósfera terrestre se conoce comoground wave. La onda directa y la onda reflejada contribuyen juntas a la señal en la estación receptora. Cuando la onda finalmente llega al receptor, los retrasos se cancelan. Además, la señal se filtra para evitar la distorsión y se amplifica para una salida clara.

Propagación de la onda del cielo

Se prefiere la propagación de la onda del cielo cuando la onda tiene que viajar una distancia más larga. Aquí la onda se proyecta en el cielo y se refleja nuevamente en la tierra.

los sky wave propagationestá bien representado en la imagen de arriba. Aquí se muestra que las ondas se transmiten desde un lugar y donde son recibidas por muchos receptores. Por tanto, es un ejemplo de radiodifusión.

Las ondas, que se transmiten desde la antena del transmisor, se reflejan en la ionosfera. Consiste en varias capas de partículas cargadas que varían en altitud desde 30 a 250 millas sobre la superficie de la tierra. Este viaje de la onda desde el transmisor a la ionosfera y desde allí al receptor en la Tierra se conoce comoSky Wave Propagation. La ionosfera es la capa ionizada alrededor de la atmósfera de la Tierra, que es adecuada para la propagación de ondas del cielo.

La atmósfera terrestre tiene varias capas. Estas capas juegan un papel importante en la comunicación inalámbrica. Estos se clasifican principalmente en tres capas.

Troposfera

Esta es la capa de la tierra, que se encuentra justo por encima del suelo. Nosotros, la flora y la fauna vivimos en esta capa. La propagación de la onda terrestre y la propagación de LOS tienen lugar aquí.

Estratosfera

Esta es la capa de la tierra, que se encuentra por encima de la troposfera. Los pájaros vuelan en esta región. Los aviones viajan en esta región. La capa de ozono también está presente en esta región. La propagación de la onda terrestre y la propagación de LOS tienen lugar aquí.

Ionosfera

Esta es la capa superior de la atmósfera terrestre, donde la ionización es apreciable. La energía irradiada por el Sol, no solo calienta esta región, sino que también produce iones positivos y negativos. Dado que el sol irradia constantemente rayos ultravioleta y la presión del aire es baja, esta capa fomenta la ionización de partículas.

Importancia de la ionosfera

La capa de ionosfera es una consideración muy importante en la fase de propagación de ondas debido a las siguientes razones:

  • La capa debajo de la ionosfera tiene una mayor cantidad de partículas de aire y menor radiación UV. Debido a esto, ocurren más colisiones y la ionización de partículas es mínima y no constante.

  • La capa sobre la ionosfera tiene una cantidad muy baja de partículas de aire y la densidad de ionización también es bastante baja. Por tanto, la ionización no es adecuada.

  • La ionosfera tiene una buena composición de radiación ultravioleta y una densidad de aire promedio que no afecta la ionización. Por lo tanto, esta capa tiene la mayor influencia en la propagación de la onda del cielo.

La ionosfera tiene diferentes gases con diferentes presiones. Los diferentes agentes ionizantes los ionizan a diferentes alturas. Como se realizan varios niveles de ionización en cada nivel, al tener diferentes gases, se forman pocas capas con diferentes propiedades en la ionosfera.

Las capas de la ionosfera se pueden estudiar en la siguiente figura.

El número de capas, sus alturas, la cantidad de onda del cielo que se puede doblar variará de un día a otro, de un mes a otro y de un año a otro. Para cada capa de este tipo, hay una frecuencia, por encima de la cual, si la onda se envía verticalmente hacia arriba, penetra a través de la capa.

La función de estas capas depende de la hora del día, es decir, durante el día y la noche. Hay tres capas principales: E, F1 y F2 durante el día. Hay otra capa llamada capa D, que se encuentra debajo de la capa E. Esta capa se encuentra entre 50 y 90 km por encima de la troposfera.

La siguiente figura muestra las capas presentes tanto durante el día como durante la noche en la atmósfera terrestre.

Esta capa D es responsable de la atenuación diurna de las ondas de HF. Durante la noche, esta capa D casi desaparece y las capas F1 y F2 se combinan para formar la capa F. Por tanto, solo hay doslayers E and F presente en el night time.

En el proceso de propagación de una onda, hay pocos términos con los que nos encontramos con bastante frecuencia. Analicemos estos términos uno por uno.

Altura virtual

Cuando una onda se refracta, se inclina gradualmente, pero no bruscamente. Sin embargo, la trayectoria de la onda incidente y la onda reflejada son las mismas si se refleja desde una superficie ubicada a una mayor altura de esta capa. Tal altura mayor se denomina altura virtual.

La figura distingue claramente el virtual height (altura de la ola, supuestamente reflejada) y actual height(la altura refractada). Si se conoce la altura virtual, se puede encontrar el ángulo de incidencia.

Frecuencia critica

La frecuencia crítica de una capa determina la frecuencia más alta que será devuelta a la tierra por esa capa, después de haber sido transmitida por el transmisor, directamente hacia el cielo.

La tasa de densidad de ionización, cuando se cambia convenientemente a través de las capas, la onda se inclinará hacia abajo. La frecuencia máxima que se dobla y llega a la estación receptora con una atenuación mínima puede denominarsecritical frequency. Esto se denota porfc.

Multi-ruta

Para las frecuencias superiores a 30 MHz, existe la propagación de la onda del cielo. La señal de trayectos múltiples es el problema común para la propagación de ondas electromagnéticas que atraviesan la onda del cielo. La onda, que se refleja en la ionosfera, puede denominarse comohop o skip. Puede haber varios saltos para la señal, ya que puede moverse hacia adelante y hacia atrás desde la ionosfera y la superficie terrestre muchas veces. Tal movimiento de señal puede denominarse comomultipath.

La figura anterior muestra un ejemplo de propagación por múltiples rutas. La propagación por trayectos múltiples es un término que describe los trayectos múltiples que recorre una señal para llegar al destino. Estos caminos incluyen varios saltos. Los caminos pueden ser el resultado de reflexión, refracción o incluso difracción. Finalmente, cuando la señal de caminos tan diferentes llega al receptor, lleva retardo de propagación, ruido adicional, diferencias de fase, etc., que disminuyen la calidad de la salida recibida.

Desvanecimiento

La disminución de la calidad de la señal se puede denominar como fading. Esto sucede debido a efectos atmosféricos o reflejos debidos a trayectos múltiples.

El desvanecimiento se refiere a la variación de la intensidad de la señal con respecto al tiempo / distancia. Es muy frecuente en las transmisiones inalámbricas. Las causas más comunes de desvanecimiento en el entorno inalámbrico son la propagación por trayectos múltiples y la movilidad (de los objetos y de los dispositivos de comunicación).

Saltar distancia

La distancia medible en la superficie de la Tierra desde el transmisor hasta el receptor, donde la señal reflejada desde la ionosfera puede llegar al receptor con saltos o saltos mínimos, se conoce como skip distance.

Frecuencia máxima utilizable (MUF)

los Maximum Usable Frequency (MUF)es la frecuencia más alta entregada por el transmisor independientemente de la potencia del transmisor. La frecuencia más alta, que se refleja desde la ionosfera al receptor, se denominacritical frequency, fc.

$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$

Frecuencia de trabajo óptima (OWF)

La frecuencia, que se utiliza principalmente para una transmisión en particular y que se ha predicho que se utilizará durante un período de tiempo determinado, en una ruta, se denomina como Optimum Working Frequency (OWF).

Interferencia entre símbolos

Inter symbol interference(ISI) ocurre más comúnmente en el sistema de comunicación. Esta es también la razón principal de la multitrayectoria de la señal. Cuando las señales llegan a las estaciones receptoras a través de diferentes rutas de propagación, se anulan entre sí, lo que se conoce como el fenómeno designal fading. Aquí, debe recordarse que las señales se cancelan en forma vectorial.

Profundo en la piel

Las ondas electromagnéticas no son adecuadas para propagaciones submarinas. Sin embargo, pueden propagarse bajo el agua siempre que hagamos que la frecuencia de propagación sea extremadamente baja. La atenuación de las ondas electromagnéticas bajo el agua se expresa en términos de profundidad de la piel.Skin depthse define como la distancia a la que la señal se atenúa en 1 / e. Es una medida de profundidad a la que puede penetrar una onda EM. La profundidad de la piel se representa comoδ (delta).

Propagación de conductos

A una altura de alrededor de 50 mts de la troposfera, existe un fenómeno; la temperatura aumenta con la altura. En esta región de la troposfera, las frecuencias más altas o frecuencias de microondas tienden a refractarse hacia la atmósfera de la Tierra, en lugar de dispararse a la ionosfera, para reflejar. Estas ondas se propagan alrededor de la curvatura de la tierra incluso hasta una distancia de 1000 km.

Esta refracción continúa en esta región de la troposfera. Esto se puede denominar comoSuper refraction o Duct propagation.

La imagen de arriba muestra el proceso de Duct Propagation. El principal requisito para la formación del conducto es la inversión de temperatura. El aumento de temperatura con la altura, más que la disminución de la temperatura, se conoce como fenómeno de inversión de temperatura.

Hemos hablado de los parámetros importantes que encontramos en la propagación de ondas. Las ondas de frecuencias más altas se transmiten y reciben utilizando esta técnica de propagación de ondas.

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