Comunicaciones Inalámbricas Capitulo 3: Antenas. Víctor Manuel Quintero Flórez Claudia Milena Hernández Bonilla

Transcripción

1 Comunicaciones Inalámbricas Capitulo 3: Víctor Manuel Quintero Flórez Claudia Milena Hernández Bonilla Maestría en Electrónica y Telecomunicaciones II-2013

2 Componente fundamental de sistemas de comunicaciones inalámbricos. Dispositivo (radiador EM) que radia o recibe ondas electromagnéticas. Convierte la energía de una onda guiada en la energía de una onda de espacio libre (o viceversa) tan eficientemente como sea posible.

3 Vg - voltaje-fuente generador (transmisor). Zg- Impedancia generador (transmisor). Rrad Resistencia de radiación. (relacionado a la potencia de radiación) R L Resistencia de pérdida (relacionada a pérdidas de dieléctrico y de conducción). jx A Reactancia de antena P IR 2 r ad A rad Z A Rrad RL JX A

4 La antena es un componente critico de un sistema de comunicaciones inalámbrico.

5 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas. Radiadores de un único elemento Radiadores de alambre.

6 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (2). Radiadores de un único elemento (2). de apertura. Corneta cónica Corneta (Horn) piramidal Guía de onda rectangular abierta

7 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (3). Radiadores de un único elemento (3) de apertura (2). double-ridge horns (TEM, linear polarization, ultra-wide band)

8 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (4). Radiadores de un único elemento (4) de apertura (3). quad-ridge horns (TEM, ultra-wide band) Corneta corrugada

9 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (5). Radiadores de un único elemento (5) impresas.

10 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (6). Radiadores de un único elemento (6) impresas (2).

11 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (7). Radiadores de un único elemento (7) impresas (3). double-layer printed Yagi with electromagnetically-coupled feed

12 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (8). Radiadores de un único elemento (8) impresas (4).

13 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (9). Radiadores de un único elemento (9) impresas (5).

14 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (10). Radiadores de un único elemento (10) impresas (6). Formas de los parches radiantes.

15 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (11). Radiadores de un único elemento (11) impresas (7). De ranura (slot)

16 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (12). Radiadores de un único elemento (12) impresas (8). De ranura (slot) (2)

17 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (13). Radiadores de un único elemento (13) Leaky-wave

18 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (14). Radiadores de un único elemento (14) reflectores

19 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (15). Radiadores de un único elemento (15) reflectores (2) The Arecibo Observatory Radio Telescope

20 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (16). Radiadores de un único elemento (16) lente

21 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (17). Radiadores de un único elemento (17) lente (2)

22 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (18). Radiadores de un único elemento (18) lente (3)

23 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (19). Arreglos (arrays) de antenas. Múltiples elementos radiantes. (usualmente similares).

24 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (20). Arreglos (arrays) de antenas (2).

25 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (21). Arreglos (arrays) de antenas (3). NRAO/ALMA (Atacama Large Millimeter Array): array of radio telescopes

26 Revisión general de geometrias y arreglos de antenas (24). Arreglos (arrays) de antenas (4). Arreglos de parches Microstrip

27 Parámetros de antenas. Patrón de radiación Representación de las propiedades de radiación de la antena como función de las coordenadas angulares. Valor normalizado. E, E, 2 H, 2

28 Parámetros de antenas (2). Patrón de radiación (2) Patrón isotrópico. Antena direccional. Antena omnidireccional.

29 Parámetros de antenas (3). Patrón de radiación (3) Patrones principales

30 Parámetros de antenas (4). Patrón de radiación (4)

31 Parámetros de antenas (5). Patrón de radiación (5)

32 Parámetros de antenas (6). Patrón de radiación (6) Lobulos del patrón.

33 Parámetros de antenas (7). Patrón de radiación (7) Lobulos del patrón (2).

34 Parámetros de antenas (8). Patrón de radiación (8) Ancho del haz del patrón (Pattern Beamwidth). Ancho del haz de potencia mitad. (HPBW) Ancho del haz de primeros nulos. (FNBW)

35 Parámetros de antenas (9). Patrón de radiación (9) Ancho del haz del patrón (Pattern Beamwidth) (2).

36 Parámetros de antenas (10). Patrón de radiación (10) Ancho del haz del patrón (Pattern Beamwidth) (3).

37 Parámetros de antenas (11). Patrón de radiación (11)

38 Parámetros de antenas (12). Patrón de radiación (12)

39 Parámetros de antenas (13). Patrón de radiación (13)

40 Parámetros de antenas (14). Patrón de radiación (14)

41 Parámetros de antenas (15). Patrón de radiación (15)

42 Parámetros de antenas (16). Patrón de radiación (16)

43 Parámetros de antenas (17). Patrón de radiación (17)

44 Parámetros de antenas (18). Relación adelante atrás (front to Back F/B)

45 Parámetros de antenas (19). Polarización Orientación física de los elementos de la antena que emiten energía de RF. La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo.

46 Parámetros de antenas (20). Polarización (2)

47 Parámetros de antenas (21). Polarización (3)

48 Parámetros de antenas (22). Relación de ondas estacionarias (VSWR) Relación del máximo voltaje al minimo voltaje en un patrón de ondas estacionarias.

49 Parámetros de antenas (23). Ganancia de antena Relación de la ganancia de potencia en una dirección dada a la ganancia de potencia de la antena de referencia en la misma dirección. g numérico G( dbi) 10Log g isotrópico g numérico G( dbd) 10Log g dipolo /2

50 Parámetros de antenas (24). Ancho de banda de frecuencia (FBW) FBW Rango de frecuencias dentro del cual las caracteristicas de la antena (patrón, impedancia, eficiencia, polarización,etc) son conformes a ciertas especificaciones. Banda ancha» 40:1. Antena independiente de la frecuencia. Banda angosta f f FBW max min f f max min max min *100% f0 0 max min f0 2 f f f f f

51 Parámetros de antenas (25). P Densidad de potencia radiada Potencia por unidad de superficie en una dirección., P E *, Re ExH E 2 2 E H W m 2 W P, ds r

52 Parámetros de antenas (26). Directividad 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. D, P, Wt 2 4 r

53 Parámetros de antenas (27). Impedancia de antena Z R jx A A A R R R A r l Circuito equivalente de la antena transmisora

54 Parámetros de antenas (28). Impedancia de antena (2) Máxima transferencia de potencia. Rg Rr Rl RA X A X g

55 Parámetros de antenas (29). Impedancia de antena (3) Con adaptación de impedancias Potencia entregada a la antena. P A 8 V R r g 2 R l Potencia disipada como calor en el generador P g 2 2 Vg Vg 8 R 8Rr Rl g P A

56 Parámetros de antenas (30). Impedancia de antena (4) Con adaptación de impedancias (2) Potencia radiada. Potencia disipada como calor en la antena g r r r l V R P R R g l l r l V R P R R

57 Parámetros de antenas (31). Impedancia de antena (5) Circuito equivalente de la antena receptora

58 Parámetros de antenas (32). Impedancia de antena (6) Máxima transferencia de potencia. RL Rr Rl RA X A X L

59 Parámetros de antenas (33). Impedancia de antena (7) Con adaptación de impedancias Potencia entregada a la carga. P L 2 2 VA VA 8R 8R L A Potencia disipada como calor en la antena P l V 8 A 2 R A R l 2

60 Parámetros de antenas (34). Impedancia de antena (8) Con adaptación de impedancias (2) Potencia dispersa (re-radiada). P Potencia capturada total. r V 8 A 2 R A R r 2 P c 2 2 VA V 4 4 R R R A r l A

61 Parámetros de antenas (35). Eficiencia de radiación y pérdidas de antena Estimación de la pérdida total de energía en los terminales de entrada de la antena y dentro de su estructura. e R r R r R l Resistencia DC y Resistencia de superficie de alta frecuencia W W rad ent R dc 1 l A R S f Efecto pelicular

62 Parámetros de antenas (36). Area Efectiva (apertura) A e Relación de la potencia disponible en los terminales de la antena a la densidad de potencia de una onda incidente plana sobre la antena, la cual se encuentra adaptada a la antena en terminos de polarización. Area presentada a la señal recibida o radiada. G 4 Ae 2 A e W P r i l e V a E i

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