Apunte Exposición 2 - Antenas y sus Parámetros.

Un sistema de radiofrecuencia básico está compuesto por dos elementos esenciales: el radiotransmisor o transceptor y la línea de trasmisión, la cual se compone por conectores, cable y antena. Transmisores hay de todos los tipos y aplicaciones, los hay de transmisión de datos, voz, radio, televisión, etc.

Cada sistema tiene que cumplir con ciertas características, como impedancia, nivel de señal, ganancia, respuesta a frecuencias, niveles de atenuación, etc. El radio o transceptor es el que se encarga de generar o recibir la comunicación deseada, pero es necesario que lo haga a través de una línea de transmisión, la cual está compuesta por cable, conectores y antena.

El cable deberá ser de la mejor calidad posible, y diseñado para operar sobre las frecuencias de radio, dependiendo el sistema al que haya sido conectado y a condiciones climatológicas del sitio; cables hay de diferentes tipos como coaxial, LMR y Heliax, siendo estos los más comunes, cada uno de ellos tiene diferente pérdida o atenuación a determinadas frecuencias y longitud, la cual es medida en dB/m.

La antena es el elemento que se encarga de propagar la energía de RF u ondas de radio al espacio libre, ésta se selecciona en base a las necesidades del cliente, frecuencia de operación, impedancia, ganancia, patrón de radiación, tamaño y costo.

Las hay direccionales y omnidireccionales de rejilla, de reflexión parabólica de mástil, taco de billar, así como de diferentes materiales y ganancias; ésta última medida en dB (decibeles) o dBi (decibeles relativos isotrópicos).

No confundir dB con dBi ya que hay una diferencia de 2.15 unidades, es decir una antena de 4 dB tiene la misma ganancia que una antena de 6.15 dBi, muchas compañías expresan las ganancias de sus equipos en dBi para dar a entender que tienen mayor ganancia cuando eso no es cierto.

Los conectores nos sirven para hacer la conexión entre el radio, cable y antena; los hay de muchos tipos, como UHF o PL, N, SMA, TNC, BNC, etc. Todos éstos con sus variantes en macho, hembra e inversos, de igual manera se recomienda seleccionarlos de la mejor calidad posible, ya que un conector defectuoso o de mala calidad nos acarreará problemas en nuestra línea de transmisión.

Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros que son los siguientes:

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección.Atendiendo al diagrama de radiación podemos hacer una clasificación general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotropica,antena directiva,antena bidireccional, antena omnidireccional). Dentro de los diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria a la que ya tiene.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

* Dirección de apuntamiento: es la de maxima radiación. Directividad y ganancia.

* Lóbulo Principal: Es el margen angular en torno a la dirección de maxima radiación.

* Lóbulo secundario: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.

* Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un   

   valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la   

   mitad.

* Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo 

   principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

* Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma 

   dirección y sentido opuesto.

ANCHO DE BANDA: 

El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena. 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.

GANANCIA: 

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica con la misma potencia entregada.

EFICIENCIA: 

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena. También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

ANCHURA DE HAZ : 

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección principal de radiación). También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo.

IMPEDANCIA DE ENTRADA: 

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

POLARIZACIÓN: 

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).

RELACIÓN DELANTE/ATRAS: 

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta.

Cuando esta relación es reflejada en una gráfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a utilizar.

Esta relación, además lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que es la antena en el rechazo de las señales provenientes de la parte trasera. Rara vez es verdaderamente importante, ya que la interferencias por la parte trasera no ocurren habitualmente, pero puede suceder.

La relación F / B no es un número muy útil, ya que a menudo varía enormemente de un canal a otro. Por supuesto, si se tiene el patrón de radiación, entonces no se necesita la relación F/B.

Comparando una antena yagui con una parabólica, podemos ver que para la antena yagui tenemos una relación F/B de aproximadamente 15 dB (según modelo y fabricante) mientras que para la parabólica la relación F/B es >35dB (según modelo y fabricante). De esta forma observamos como es "de buena" una antena respecto al rechazo de señales por la parte trasera. Cuanto mayor sea este parámetro en las antenas parabólicas mejor será.

Los 15 dB de la antena yagui lo podemos interpretar también como la atenuación que tendríamos en el sistema, en caso de captar una onda rebotada por ejemplo de un edificio, por la parte trasera de esta.

RESISTENCIA DE RADIACIÓN:

Cuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte, se convierte en calor disipándose.Cuando se habla de resistencia de radiación, se hace teniendo en cuenta que no se puede medir de forma directa.

Si se reemplaza la antena por la resistencia de radiación, esta, haría su trabajo, es decir, disiparía la misma cantidad de potencia que la irradiaría la antena.La resistencia de radiación es igual a la relación de la potencia radiada por la antena dividida por el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación.

Siendo:

Rr= Resistencia de radiación (Ohms)

P = Potencia radiada por la antena (Watts)

i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

Se podría obtener la eficiencia de una antena, dada que es la relación de la potencia radiada y la potencia disipada.