Ganancia
Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiación.
G = 10log[4pi * U(max) / P(in)]
La unidad de Ganancia (G) de una antena es el dBd o dBi, dependiendo si esta se define respecto a un dipolo de media onda o a la isotrópica.
Directividad
La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.
D = U(max) / U(iso)
La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades logarítmicas (dBi) como:
D = 10 * log(U(max) / U(iso))dBi
Frecuencia
Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
donde T es el periodo de la señal.
Frecuencia de Operación
La frecuencia de operación es la frecuencia en la que funciona u opera un dispositivo.
Por ejemplo, la frecuencia de operación (la frecuencia donde funciona) el Wi-fi (802.11b) es el rango de frecuencia de 2,4 GHz.
Ancho de Banda
Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros.
Eficiencia
Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.
También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.
e = P(r) / P(in) = G / D
El parámetro e (eficiencia) es adimensional
Potencia
Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Si ΔW es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:
La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero.
Donde
- P es la potencia,
- W es el trabajo,
- t es el tiempo.
Antena Isotrópica
Físicamente esta antena no existe. Se define como una antena puntual que radía energía uniformemente en todas direcciones. El flujo de energía en la unidad de tiempo y por unidad de área es conocido como Vector de Poynting, o Densidad de Potencia [Watts / m2]. Este vector solo tiene componente radial para una fuente puntual.
De acuerdo a lo expresado, La potencia aplicada a dicha antena se repartirá por igual en el área de una esfera, y la Densidad de Potencia para un radiador isotrópico, a una distancia dada d es:
Antena Omnidirecional
Orientan la señal en todas direcciones con un haz amplio pero de corto alcance. Si una antena direccional sería como un foco, una antena omnidireccional sería como una bombilla emitiendo luz en todas direcciones con menor alcance.
Las antenas Omnidireccionales “envían” la información teóricamente a los 360 grados por lo que es posible establecer comunicación independientemente del punto en el que se esté. En contrapartida el alcance de estas antenas es menor que el de las antenas direccionales.
Antena Direcional
Orientan la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance, actúa de forma parecida a un foco de luz que emite un haz concreto y estrecho pero de forma intensa (más alcance).
El alcance de una antena direccional viene determinado por una combinación de los dBi de ganancia de la antena, la potencia de emisión del punto de acceso emisor y la sensibilidad de recepción del punto de acceso receptor.
Antena Yagi
Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le añaden unos elementos llamados «parásitos» para hacerlo direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores. Los elementos directores se colocan delante de la antena y refuerzan la señal en el sentido de emisión. Los elementos reflectores se colocan detrás y bloquean la captación de señales en la dirección opuesta al emisor.
Dipolo Eléctrico
Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí.
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieléctricos. A diferencia de lo que ocurre en los materiales conductores, en los aislantes los electrones no son libres. Al aplicar un campo eléctrico a un dieléctrico aislante este se polariza dando lugar a que los dipolos eléctricos se reorienten en la dirección del campo disminuyendo la intensidad de éste.
Es el caso de la molécula de agua. Aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica, la molécula de agua se comporta como un dipolo.
Bocina Piramidal
La bocina piramidal se utiliza como extensión de la guía rectangular. Estas bocinas son muy utilizadas debido a la madurez en su diseño, ya que si se conocen las dimensiones de la bocina su directividad puede ser calculada con una precisión de 0.1 dB.
Reflector
Un reflector es una superficie que refleja la luz o cualquier otro tipo de onda.
En muchos casos, como el de las antenas parabólicas o algunos espejos concentradores de luz, las superficies reflectoras tienen la forma de una parábola, o más precisamente de un paraboloide de revolución; y por ello cumplen con su principal propiedad: que todos los haces que chocan en ellas se reflejan en un punto en común, llamado foco.
Reflector Parabólico
La propiedad fundamental del espejo reflector se sección transversal parabólica consiste, en que una fuente de luz puntual, situada en su foco, dará un haz paralelo de rayos reflejados según podemos ver en la siguiente figura:
Los reflectores parabólicos es utilizan mucho en alumbrado interior por proyección.
Zona de Fresnel
D es la distancia entre el emisor y el receptor;
r es el radio de la zona Fresnel.
Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda -electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180º.
Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución. La segunda zona abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores.
La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.
Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de vista de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas transmisora y receptora.
La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:
Donde:
-
- rn = radio de la enésima zona de Fresnel en metros (n=1,2,3…).
- d1 = distancia desde el transmisor al objeto en metros.
- d2 = distancia desde el objeto al receptor en metros.
- λ = longitud de onda de la señal transmitida en metros.
Aplicando la fórmula se obtiene del radio de la primera zona de Fresnel (r1 de la fórmula superior), conocida la distancia entre dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo al objeto situado en el punto central. En unidades del SI:
- donde
- r1 = radio en metros (m).
- D = distancia en kilómetros (km) (d1 = d2, D = d1 + d2).
- f = frecuencia de la transmisión en gigahercios (GHz) (
)
ARRAY O AGRUPACIONES DE ATENAS
Un array es una antena compuesta por un número de radiadores idénticos ordenados regularmente y alimentados para obtener un diagrama de radiación predefinido.
CARACTERÍSTICA DE LOS ARRAYS DE ANTENA
Las características principales de los arrays de antenas es que su diagrama de radiación es modificable, pudiendo adaptarlo a diferentes aplicaciones/necesidades. Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la señal que alimenta a cada uno de los elementos del array.
NIVEL DE APLICACIÓN
Los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes.
Una definición de un sistema de antenas inteligentes es cualquier configuración adaptativa de múltiples antenas que mejoran el rendimiento de un sistema de comunicaciones inalámbricas.
NIVEL DE APLICACIÓN
Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con una mayor directividad (es decir, mayor ganancia y mayor selectividad angular), proporcionan múltiples ventajas:
NIVEL DE APLICACIÓN
DIAGRAMA DE RADIACIÓN EN UN ARRAY
NIVEL DE APLICACIÓN
•Reducción de la propagación multitrayecto: Debido a la menor dispersión angular de la potencia radiada, se reduce el número de trayectorias que debe seguir la señal antes de llegar al receptor.
RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS
RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS
ANTENA MIMETIZADA
La creciente necesidad de camuflar de las estaciones base (BTS) ha llevado a crear soluciones de mimetización de las antenas, como por ejemplo los árboles artificiales, que se pueden insertar fácilmente en ambientes que requieren un bajo impacto ambiental.
Una larga experiencia práctica sobre materiales plásticos y metálicos, respecto de la calidad y duración de esta antena mimetizada, incluso en condiciones climáticas extremas.
ÁRBOLES CAMUFLADOS
ESTRUCTURAS CAMUFLADAS
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