En esta era moderna de Comunicación inalámbrica , muchos ingenieros están mostrando interés en especializarse en los campos de la comunicación, pero esto requiere un conocimiento básico de conceptos fundamentales de comunicación como tipos de antenas, radiación electromagnética y diversos fenómenos relacionados con la propagación, etc. En el caso de los sistemas de comunicación inalámbrica, las antenas juegan un papel destacado. papel, ya que convierten las señales electrónicas en ondas electromagnéticas de manera eficiente.

Tipos de antenas

Las antenas son componentes básicos de cualquier circuito eléctrico ya que proporcionan enlaces de interconexión entre el transmisor y el espacio libre o entre el espacio libre y el receptor. Antes de discutir sobre los tipos de antenas, hay algunas propiedades que deben entenderse. Además de estas propiedades, también cubrimos en detalle los diferentes tipos de antenas utilizadas en el sistema de comunicación.

Propiedades de las antenas

Ganancia de la antena
Abertura
Directividad y ancho de banda
Polarización
Longitud efectiva
Diagrama polar

Ganancia de la antena: El parámetro que mide el grado de directividad del patrón radial de la antena se conoce como ganancia. Una antena con una ganancia más alta es más efectiva en su patrón de radiación. Las antenas están diseñadas de tal manera que la potencia aumenta en la dirección deseada y disminuye en direcciones no deseadas.

G = (potencia radiada por una antena) / (potencia radiada por una antena de referencia)

Abertura: Esta apertura también se conoce como la apertura efectiva de la antena que participa activamente en la transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. La potencia recibida por la antena se asocia con el área colectiva. Esta área recolectada de una antena se conoce como apertura efectiva.

Pr = Pd * A vatios
A = pr / pd m2

Directividad y ancho de banda: La directiva de una antena se define como la medida de la radiación de potencia concentrada en una dirección particular. Puede considerarse como la capacidad de una antena para dirigir la potencia radiada en una dirección determinada. También se puede señalar como la relación entre la intensidad de la radiación en una dirección dada y la intensidad de la radiación promedio. El ancho de banda es uno de los parámetros deseados para elegir una antena. Puede definirse como el rango de frecuencias en el que una antena puede irradiar energía y recibir energía de manera adecuada.

Polarización: Una onda electromagnética lanzada desde una antena se puede polarizar vertical y horizontalmente. Si la onda se polariza en la dirección vertical, entonces el vector E es vertical y requiere una antena vertical. Si el vector E está en forma horizontal, necesita una antena horizontal para lanzarlo. A veces, se usa polarización circular, es una combinación de formas horizontales y verticales.

Longitud efectiva: La longitud efectiva es el parámetro de las antenas que caracteriza la eficiencia de las antenas para transmitir y recibir ondas electromagnéticas. La longitud efectiva se puede definir tanto para antenas transmisoras como receptoras. La relación entre los campos electromagnéticos en la entrada del receptor y la intensidad del campo eléctrico que se produce en la antena se conoce como longitud efectiva del receptor. La longitud efectiva del transmisor se puede definir como la longitud del espacio libre en el conductor, y la distribución de corriente a lo largo de su longitud genera la misma intensidad de campo en cualquier dirección de radiación.

Longitud efectiva = (Área con distribución de corriente no uniforme) / (Área con distribución de corriente uniforme)

Diagrama polar: La propiedad más importante de una antena es su patrón de radiación o diagrama polar. En el caso de una antena transmisora, este es un gráfico que analiza la fuerza del campo de potencia irradiado por la antena en varias direcciones angulares, como se muestra en el gráfico siguiente. También se puede obtener un gráfico para los planos vertical y horizontal, y también se denomina patrones verticales y horizontales, respectivamente.

Hasta ahora hemos cubierto las propiedades de las antenas, y ahora discutiremos sobre los diferentes tipos de antenas que se utilizan para diferentes aplicaciones.

Tipos de antenas

Antenas de registro periódicas

Antenas de pajarita
Matriz de dipolos logarítmicos periódicos

Antenas de alambre

Antena dipolo corta
Antena dipolo
Antena monopolar
Antena de bucle

Antenas de ondas viajeras

Antenas helicoidales
Antenas Yagi-Uda

Antenas de microondas

Antenas rectangulares de micro tiras
Antenas planas F invertidas

Antenas reflectoras

Reflector de esquina
Reflector parabólico

1. Antenas log-periódicas

Antena de registro periódico

Una antena logarítmica periódica también se denomina matriz logarítmica periódica. Es una antena de haz estrecho direccional de múltiples elementos que funciona en una amplia gama de frecuencias. Esta antena está formada por una serie de dipolos colocados a lo largo del eje de la antena en diferentes intervalos espaciales de tiempo seguidos por una función logarítmica de frecuencia. La antena log-periódica se utiliza en una amplia gama de aplicaciones donde se requiere un ancho de banda variable junto con la ganancia y la directividad de la antena.

Antenas de pajarita

Antena de pajarita

Una antena de pajarita también se conoce como antena bicónica o antena de mariposa. La antena bicónica es una antena omnidireccional de banda ancha. Según el tamaño de esta antena, tiene una respuesta de baja frecuencia y actúa como un filtro de paso alto. A medida que la frecuencia llega a límites más altos, lejos de la frecuencia de diseño, el patrón de radiación de la antena se distorsiona y se propaga.

La mayoría de las antenas de pajarita son derivadas de antenas bicónicas. El discone es como un tipo de antena semicicónica. La antena de pajarita es plana y, por tanto, direccional.

Matriz de dipolos logarítmicos periódicos

Antena dipolo logarítmica periódica

El tipo de antena más común utilizado en tecnología de comunicación inalámbrica es una matriz de dipolos log-periódica que comprende fundamentalmente varios elementos dipolos. Estas antenas de matriz de dipolos se reducen de tamaño desde la parte trasera hasta la parte delantera. El haz principal de esta antena de RF proviene del extremo frontal más pequeño.

El elemento en el extremo posterior de la matriz es de gran tamaño con la mitad de la longitud de onda operando en un rango de baja frecuencia. El espaciado del elemento se reduce hacia el extremo frontal de la matriz donde se colocan las matrices más pequeñas. Durante esta operación, a medida que varía la frecuencia, se produce una transición suave a lo largo de la matriz de elementos, lo que conduce a formar una región activa.

2. Antenas de alambre

Antena de alambre

Las antenas de alambre también se conocen como antenas lineales o curvas. Estas antenas son muy simples, económicas y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Estas antenas se subdividen en cuatro como se explica a continuación.

Antena dipolo

Una antena dipolo es una de las alineaciones de antena más sencillas. Esta antena dipolo consta de dos varillas metálicas delgadas con una diferencia de voltaje sinusoidal entre ellas. La longitud de las varillas se elige de tal manera que tengan un cuarto de longitud de la longitud de onda en las frecuencias operativas. Estas antenas se utilizan para diseñar sus propias antenas u otras antenas. Son muy simples de construir y usar.

Antena dipolo

La antena dipolo consta de dos varillas metálicas a través de las cuales fluyen corriente y frecuencia. Este flujo de corriente y voltaje genera una onda electromagnética y las señales de radio se irradian. La antena consiste en un elemento radiante que divide las varillas y hace que la corriente fluya por el centro mediante un alimentador en el transmisor que toma del receptor. Los diferentes tipos de antenas dipolo utilizadas como Antenas de RF incluir media onda, múltiple, plegado, no resonante, etc.

Antena de dipolo corto:

“diferencia entre 2 fases y 3 fases ”

Antena dipolo corta

Es la más simple de todos los tipos de antenas. Esta antena es un cable de circuito abierto en el que corto denota 'relativo a una longitud de onda', por lo que esta antena da prioridad al tamaño del cable en relación con la longitud de onda de la frecuencia de operación. Toma alguna consideración sobre el tamaño absoluto de la antena dipolo. La antena de dipolo corto está formada por dos conductores colineales que se colocan de extremo a extremo, con un pequeño espacio entre los conductores mediante un alimentador. Un dipolo se considera corto si la longitud del elemento radiante es menor que una décima parte de la longitud de onda.

L<λ/10

La antena dipolo corta está formada por dos conductores colineales que se colocan de extremo a extremo, con un pequeño espacio entre los conductores mediante un alimentador.

La antena de dipolo corto rara vez es satisfactoria desde el punto de vista de la eficiencia porque la mayor parte de la potencia que entra en esta antena se disipa a medida que el calor y las pérdidas resistivas también aumentan gradualmente.

Antena monopolar

Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo simple ubicada sobre un plano conectado a tierra como se muestra en la figura siguiente.

El patrón de radiación sobre el plano conectado a tierra será el mismo que el de la antena dipolo de media onda, sin embargo, la potencia total radiada es la mitad que la de un dipolo, el campo se irradia solo en la región del hemisferio superior. La directividad de estas antenas se duplica en comparación con las antenas dipolo.

Las antenas monopolo también se utilizan como antenas montadas en vehículos, ya que proporcionan el plano de tierra requerido para las antenas montadas sobre la tierra.

Antena de bucle

Antena de bucle

Las antenas de bucle comparten características similares con las antenas dipolo y monopolo porque son simples y fáciles de construir. Las antenas de bucle están disponibles en diferentes formas como circular, elíptica, rectangular, etc. Las características fundamentales de la antena de bucle son independientes de su forma. Se utilizan ampliamente en enlaces de comunicación con una frecuencia de alrededor de 3 GHz. Estas antenas también se pueden utilizar como sondas de campo electromagnético en las bandas de microondas.

La circunferencia de la antena de cuadro determina la eficiencia de la antena de manera similar a la de las antenas dipolo y monopolo. Estas antenas se clasifican además en dos tipos: eléctricamente pequeñas y eléctricamente grandes según la circunferencia del bucle.

Antena de cuadro eléctricamente pequeña ———> Circunferencia≤λ⁄10

Antena de cuadro eléctricamente grande ———> Circunferencia≈λ

Los bucles eléctricamente pequeños de una sola vuelta tienen una pequeña resistencia a la radiación en comparación con su resistencia a la pérdida. La resistencia a la radiación de las antenas de bucle pequeño se puede mejorar agregando más vueltas. Los bucles de varias vueltas tienen una mejor resistencia a la radiación incluso si tienen menos eficiencia.

Antena de bucle pequeña

Debido a esto, las antenas de cuadro pequeño se utilizan principalmente como antenas receptoras donde las pérdidas no son obligatorias. Los bucles pequeños no se utilizan como antenas transmisoras debido a su baja eficiencia.

Las antenas de bucle resonante son relativamente grandes y están dirigidas por el funcionamiento de la longitud de onda. También se las conoce como antenas de bucle grande ya que se utilizan en frecuencias más altas, como VHF y UHF, en las que su tamaño es conveniente. Pueden verse como antenas de dipolo plegado y deformarse en diferentes formas como esféricas, cuadradas, etc., y tienen características similares, como alta eficiencia de radiación.

3. Antenas de ondas viajeras

Antenas helicoidales

Las antenas helicoidales también se conocen como antenas helicoidales. Tienen estructuras relativamente simples con uno, dos o más alambres, cada uno enrollado para formar una hélice, generalmente respaldado por un plano de tierra o reflector con forma e impulsado por una alimentación adecuada. El diseño más común es un solo cable respaldado por el suelo y alimentado con una línea coaxial.

En general, las propiedades de radiación de una antena helicoidal están asociadas con esta especificación: el tamaño eléctrico de la estructura, en el que la impedancia de entrada es más sensible al paso y al tamaño del cable.

Antena helicoidal

Las antenas helicoidales tienen dos modos de radiación predominantes: el modo normal y el modo axial. El modo axial se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. En el modo normal, las dimensiones de la hélice son pequeñas en comparación con su longitud de onda. Esta antena actúa como antena monopolar o dipolo corto. En el modo axial, las dimensiones de la hélice son las mismas en comparación con su longitud de onda. Esta antena funciona como antena direccional.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda

Otra antena que hace uso de elementos pasivos es la Antena Yagi-Uda . Este tipo de antena es económica y eficaz. Puede construirse con uno o más elementos reflectores y uno o más elementos directores. Las antenas Yagi se pueden fabricar utilizando una antena con un reflector, un elemento activo de dipolo plegado accionado y directores, montados para polarización horizontal en la dirección de avance.

“¿Para qué se usa un interruptor de falla de arco? ”

4. Antenas de microondas

Las antenas que operan a frecuencias de microondas se conocen como antenas de microondas . Estas antenas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones.

Antenas rectangulares de micro tiras

Antenas rectangulares de micro tiras

Para aplicaciones de aeronaves o naves espaciales, según las especificaciones como tamaño, peso, costo, rendimiento, facilidad de instalación, etc., se prefieren las antenas de perfil bajo. Estas antenas se conocen como antenas de microbanda rectangulares o antenas de parche, solo requieren espacio para la línea de alimentación que normalmente se coloca detrás del plano de tierra. La principal desventaja de usar estas antenas es su ancho de banda ineficiente y muy estrecho, que normalmente es una fracción de un porcentaje o, como mucho, un pequeño porcentaje.

Antenas planas F invertidas

Una antena plana F invertida se puede considerar como un tipo de antena F invertida lineal (IFA) en la que el elemento radiante de alambre se reemplaza por una placa para aumentar el ancho de banda. La ventaja de estas antenas es que pueden ocultarse en la carcasa del móvil en comparación con diferentes tipos de antenas como antenas de látigo, varilla o helicoidales, etc. La otra ventaja es que pueden reducir la radiación hacia atrás hacia la parte superior de la antena absorbiendo energía, lo que mejora la eficiencia. Proporcionan una alta ganancia tanto en estado horizontal como vertical. Esta característica es más importante para cualquier tipo de antenas utilizadas en comunicaciones inalámbricas.

5. Antenas reflectoras

Antena reflectora de esquina

Antena reflectora de esquina

La antena que comprende uno o más elementos dipolo colocados frente a un reflector de esquina, se conoce como antena reflectora de esquina. La directividad de cualquier antena se puede aumentar mediante el uso de reflectores. En el caso de una antena de cable, se utiliza una lámina conductora detrás de la antena para dirigir la radiación en la dirección de avance.

Antena de reflector parabólico

La superficie radiante de una antena parabólica tiene dimensiones muy grandes en comparación con su longitud de onda. La óptica geométrica, que depende de rayos y frentes de onda, se utiliza para conocer ciertas características de estas antenas. Ciertas propiedades importantes de estas antenas se pueden estudiar mediante el uso de la óptica de rayos, y de otras antenas mediante el uso de la teoría del campo electromagnético.

Antena parabólica

Una de las propiedades útiles de esta antena es la conversión de un frente de onda esférico divergente en un frente de onda paralelo que produce un haz estrecho de la antena. Los diversos tipos de alimentaciones que utilizan este reflector parabólico incluyen alimentaciones de bocina, alimentaciones cartesianas y alimentación dipolo.

En este artículo, ha estudiado sobre los diferentes tipos de antenas y sus aplicaciones en las comunicaciones inalámbricas y el uso de las antenas en la transmisión y recepción de datos. Para obtener ayuda con respecto a este artículo, contáctenos comentando en la sección de comentarios a continuación.

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