Tipos de antenas

ENTENDIENDO LOS PRINCIPIOS BASICOS DE LAS ANTENAS

Hay muchos tipos de antenas 

 Los cuatro tipos más comunes son:

Collinear array

Broadside array

Log Periodic Array

Yagi-Uda Array 

ANTENAS  Colineales 

La matriz colineales consiste en l/ 2 dipolos orientados de extremo a extremo. El centro del dipolo es alimentado por el transmisor y las secciones de la línea de transmisión en corto conocido como la eliminación líneas conectan los extremos de los dipolos, como se muestra a continuación.

 

La longitud de las líneas de eliminación se ajustan de manera que las corrientes en todas las secciones dipolo están en fase, como se muestra a continuación. 

  La impedancia de entrada de una matriz de colineales es de aproximadamente 300 ohmios. La directividad de una amplia colineales lentamente aumenta a medida que el número de secciones colineales se incrementa. 

Anetnas Co-faseadas

Un juego de antenas Co-faseadas consiste en una cantidad de dipolos montados uno sobre otro, como se muestra a continuación. Cada dipolo tiene su propia línea de alimentación y las longitudes de todas las líneas de alimentación son iguales, por lo que las corrientes en todos los dipolos están en fase.

 

 Las filas de las antenas de costado se pueden combinar para formar una matriz de dos dimensiones como se muestra a continuación:

 La matriz de dos dimensiones se utiliza en los sistemas de radar de alto rendimiento. La amplitud y la fase de cada corriente de entrada se ajusta de modo que la antena irradia su RF en un haz estrecho.Al hacer cambios a la fase de entrada y la amplitud, la viga se puede hacer para escanear a través de una amplia gama de ángulos. Electrónica de barrido es mucho más rápido que el barrido mecánico (que utiliza una antena giratoria) y permite el seguimiento rápido de un gran número de objetivos.

  

Un tipo especial de matriz escalonada que consta de 2 o más antenas verticales es ampliamente utilizada en la radiodifusión AM. Considere la posibilidad de un transmisor de AM localizado en una ciudad costera como la de Charleston, SC. No tendría ningún sentido para emitir una señal en todas las direcciones, sólo hay agua en el este de la ciudad.  Dos o más antenas se podrían utilizar para producir un patrón direccional que irradian la mayor parte de la señal hacia el oeste.

El diseño y el análisis de arreglos de fase es muy difícil y no se trata con más detalle en esta unidad.

ANTENA LOGPERIODIC

La antena Log-periodic dipolar  (LPDA) es una antena que casi todo el mundo más de 40 años de edad ha visto. Se utilizaron durante años como antenas de TV. La principal ventaja de un LPDA es que es independiente de la frecuencia. Su impedancia de entrada y la ganancia se mantienen más o menos constante a lo largo de su ancho de banda de funcionamiento, que pueden ser muy grandes.diseños prácticos puede tener un ancho de banda de una octava o más.

Aunque un LPDA contiene un gran número de elementos dipolo, sólo 2 o 3 están activos en cualquier frecuencia dada en el rango de operación. Los campos electromagnéticos producidos por estos elementos activos se suman para producir un diagrama de radiación unidireccional, en el cual la radiación es máxima hasta el extremo pequeño de la matriz. La radiación en la dirección opuesta es típicamente 15 a 20 dB por debajo del máximo. La relación de adelante hacia atrás máxima a la radiación mínima que se llama el Front-to-Back (FB) y la relación se mide normalmente en dB.

 

ANtena dipolo LogPeriodic

La antena Log-periodic se caracteriza por tres parámetros relacionados entre sí, una s, y t.así como las frecuencias de funcionamiento máxima y mínima, f_Min yf_MAX. El siguiente diagrama muestra la relación entre estos parámetros. 

A diferencia de muchas agrupaciones de antenas, las ecuaciones de diseño para la LPDA son relativamente fáciles de trabajar. Si a usted le gusta experimentar con los diseños de LPDA, haga clic en el enlace de abajo. Se abrirá una hoja de cálculo Excel que hace el diseño LPDA.

LPDA Hoja de Diseño

ANTENA DIRECCIONAL Yagi-Uda (YAGI)

La antena direccional Yagi-Uda, llamado así por los dos físicos japoneses que la inventaron, la antena direccional multielementos y es la de  más común en uso hoy. A diferencia de las matrices de otra antena que ya hemos visto, la Yagi tiene un solo elemento que está conectado al transmisor, llamado el conductor o el elemento activo. El resto de elementos se juntan para el elemento activo a través de su campo electromagnético. Los otros elementos absorber parte de la energía electromagnética irradiada por el controlador y vuelva a emitir. Los campos del conductor y de los elementos restantes suma para producir un patrón unidireccional. El siguiente diagrama muestra la disposición de elementos de una típica Yagi. 

 

Detrás del elemento activo es un solo elemento que es de aproximadamente 5% más. Este es el reflector. Se evita la radiación de la parte posterior de la Antena. En frente del director son una serie de elementos que son más cortos que el elemento activo. Estos son los directores. Ellos ayudan a enfocar la radiación en la dirección de avance. Juntos, los reflectores y directores pueden reducir la radiación de la parte posterior de la antena de 25 a 30 dB por debajo de la radiación hacia adelante. A medida que más directores se agreguen, los aumentos de ganancia directa.

El diseño y análisis de las antenas Yagi está muy involucrado y se hace mejor usando la antena de software de modelado. Sin embargo, para comprender el funcionamiento básico de theYagis, vamos a examinar uno con sólo tres elementos: un reflector, radiador y director.

   Simple elemento de la matriz 3 Yagi-Uda

El reflector es de 5% más que el cradiador, y el director es 5% menor. La separación es la misma entre los tres elementos. Los gráficos siguientes muestran el patrón de radiación de la antena Yagi en dos planos perpendiculares.

Tenga en cuenta que el patrón es unidireccional, y un poco más amplio en el plano perpendicular a los elementos. Esto es cierto en general para Yagis, independientemente del número de directores utilizado. Sin embargo, a medida que se añaden los directores, la ganancia directa se incrementará, y el ANCHO DE RADIACION se vuelven más estrechos en ambos planos.

Usted puede preguntarse qué pasaría si los reflectores adicionales se agregan. La respuesta es que no pasa nada. El primer reflector reduce la potencia radiada hacia atrás a aproximadamente el 1% del valor hacia adelante. Los directores adicionales que no se puede acoplar firmemente al conductor porque el campo irradiado que pasa por ellos es tan pequeña. Sólo un reflector es necesaria para reducir la radiación hacia atrás.

El ancho de banda de funcionamiento (el rango de frecuencias en la cual la ganancia y la proporción de FB permanecer dentro de los criterios de diseño) para una Yagi es generalmente muy estrechas y pueden ser alterados en cierta medida a través de un cuidadoso ajuste de la longitud y el espaciamiento de los elementos. El siguiente gráfico muestra cómo la ganancia y la proporción de F(front) B(back) delante-atras  del elemento 3 Yagi dependen de la frecuencia.

Tenga en cuenta que la máxima ganancia y la proporción de FB no se producen en la misma frecuencia. Esto es cierto en general para los tres diseños elemento. Al hacer la Yagi más largo (agregar más elementos) y el control de la longitud y el espaciamiento de cada nuevo elemento, es posible llevar la frecuencia de máxima ganancia y la proporción de FB más cerca. 

El funcionamiento de ancho de banda de una antena Yagi es a menudo definida como el rango de frecuencias en las que la razón FB es mayor que 20 dB. En el gráfico anterior, el rango de frecuencias en las que la razón FB es mayor de 20 dB es 0.985 f₀ a 1.01f₀ o 2,5% de la frecuencia de diseño. Se trata de un ancho de banda típica para una amplia Yagi. Es posible ampliar el ancho de banda de funcionamiento por el alargamiento de la matriz y la adición de elementos, a pesar de esta mejora viene normalmente a expensas de la ganancia directa.