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Abstract The following document is based on the study of the antennas involved in telecommunications, its key features and how

to use them.

Is to establish a theoretical basis and then indicate the types of

antennas observed in laboratory through photographs acquired in

the same, thus providing some important references to learn and

increase knowledge of the antennas

Index Termsantena, radiacin

I. INTRODUCCION

N la actualidad es necesario la comunicacin por medio

de la tecnologa que se va presentando con el pasar de los

das y muy pocas veces nos damos cuenta que uno de los pilares

de estas tecnologas son las antenas.

Las antenas son importante para la moderna comunicacin

humana y es parte de la forma que en las personas viven.En este

documento se trata de mostrar, qu son, cmo funcionan, y

cmo estn presentes hoy da.

II. OBJETIVO GENERAL

Reconocer los distintos tipos de antenas para

telecomunicaciones

III. OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudiar las caractersticas fsicas de las antenas observadas en laboratorio

Dar a conocer el modo de utilizacin de las antenas

Establecer las caractersticas fsicas del mdulo USRP.

IV. FUNDAMENTOS TERICOS

A. Conceptos Fundamentales

La antena es el elemento ms importante de toda estacin de

radio. Todo lo que hacen los equipos de una emisora es

amplificar y transformar energa de corriente alterna. Sin

embargo, para que una estacin pueda comunicarse con otra sin

recurrir a cables de interconexin, se necesita transformar la

energa de corriente alterna en un campo electromagntico o

viceversa.

1. Ondas Electromagnticas

El origen de las ondas electromagnticas se basa en el hecho de

que un electrn en movimiento atraviesa un conductor y emite

energa.

Una onda electromagntica posee una componente elctrica o

magntica, si se trata de una onda plana estos campos elctrico

y magntico sern perpendiculares a la direccin de

propagacin1.

Adems tienen un conjunto de parmetros como son la

frecuencia f, la longitud de onda , la intensidad de campo elctrico E, la intensidad del campo magntico H, la

polarizacin elctrica, la velocidad de propagacin v y el vector

de Poynting .

2. Campo elctrico

Es la regin del espacio por donde se propagan las ondas

electromagnticas. Vase figura 1.

Fig. 1. Onda electromagntica

B. Antenas

Una antena es un dispositivo hecho para radiar y recibir ondas

electromagnticas hacia o desde el espacio libre.1

Fig. 2. Representacion de una antena

1. Funcionamiento

Practica 1.Reconocimiento de Laboratorio de Antenas

Fabiola Chacha fchacha@est.ups.edu.ec

E

2

El funcionamiento de una antena se puede explicar de acuerdo

con la ilustracin de ondas estacionarias en una lnea de

transmisin. Vase figura 2.

Fig. 2 Radiacion de una linea de transmision

La lnea de transmisin termina en un circuito abierto, que

representa una discontinuidad para la onda incidente de voltaje

o de corriente. 2 La inversin de fase hace que se radie algo del

voltaje incidente, sin reflejarse hacia la fuente.

La energa radiada se propaga alejndose de la antena, en forma

de ondas electromagnticas transversales a velocidad de la luz

2. Parmetros Las antenas se comportan de igual manera en recepcin que en

emisin y se caracterizan por una serie de parmetros, entre los

ms habituales: ganancia, directividad, peso, dimensiones, tipos

de conectores, resistencia al viento, etc.

Ganancia: Indica el nmero de dB que entrega en comparacin de una antena patrn de referencia.

Directividad: Poder de captacin de una antena en cierta direccin.

Ancho de banda: Es el rango de frecuencias para las cuales la antena mantiene sus caractersticas.

Diagrama de radiacin: Es la representacin del comportamiento de la antena en funcin de los

parmetros que la caracterizan como son la

directividad, ganancia.

3. Tipos

Para el estudio de las antenas, sus diferentes tipos y el modo en

el que consiguen la propagacin o recepcin de las ondas

electromagnticas, es conveniente presentar el concepto de

campo cercano y de campo lejano

3.1 Campo cercano y lejano

El campo cercano se refiere al patrn de campo que est cerca

de la antena, y el trmino campo lejano se refiere al patrn de

campo que est a gran distancia de la misma. La potencia que

alcanza el campo lejano contina irradiando lejos y nunca

regresa a la antena.

Existen dos tipos de antenas: las que emiten y las que captan la

seal. La funcin de una antena emisora consiste en convertir

seales elctricas variables en ondas electromagnticas y

emitirlas. La antena receptora hace lo contrario: convierte las

ondas electromagnticas que recibe en seales elctricas.2

3.2 Antena Parablica: La antena parablica es un tipo de

antena que se caracteriza por llevar un reflector parablico.

El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energa

irradiada por el mecanismo de alimentacin en una emisin

concentrada altamente direccional donde las ondas individuales

estn todas en fase entre s. 2

Son utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada,

tambin pueden ser usadas como antenas transmisoras o como

antenas receptoras.

Fig. 3 Antena parabolica

3.3 Antenas omnidireccionales

Son utilizadas para la comunicacin entre unidades mviles

cuando el posicionamiento en relacin a la antena de base es

impredecible.

Fig. 4 Antena omnidireccional

3.4 Antenas resonantes

Dipolo doblado: Se utiliza en antenas de televisin UHF y VHF

ya sea solo o con algunas combinaciones como elementos

parsitos formando las antenas Yagi.

Fig. 5 Antena resonante

3.5 Antenas impresas: Son estruturas impresas como las

lineas de trnasmision y los parches

Fig. 6 Antena resonantes impresas

3.6 Antenas Dipolo:

Las antenas dipolo son un tipo de antenas que se caracterizan

por una alimentacin central empleada para transmitir o

recibir ondas de radiofrecuencia.3

3

V. EQUIPOS, RECURSOS O MATERIALES

Laboratorio de Telecomunicaciones Antenas disponibles Cmara fotogrfica

VI. DESARROLLO

Se presentan las distintas antenas observadas en laboratorio

1. Antenna Systems demonstrator ASD512, Antenas operativas

Fig. 7. Antenas operativas

El ASD512 es un sistema de antenas que estn construidas en

una gran variedad de formas y tamaos, dependiendo de la

frecuencia de funcionamiento. A frecuencias bajas, el equipo

podra ser demasiado grande para ser manejable y a altas

frecuencias demasiado pequeo para analizar. 5

Trabaja a una frecuencia de 167.2MHz, otorgando una longitud

de onda de aprox. 90cm, el cual es ideal para la demostracin

en el aula. 4

Caractersticas:

Transmisor

Frecuencia 167.2Mhz 50 kHz

Temperatura ambiente 0 a +50C

Medida Potencia 0-10Watts de medicin

Potencia inversa 0-10 Watts

Energa 0 - 5 Watts

Terminacin 50

2. Antena Yagi

Son usadas en FM como antenas receptoras o para radioenlaces,

aunque la mayor parte de Yagis que vemos en los tejados son

antenas para recibir los canales de TV.

La particularidad de este tipo de antenas es que tienen varios

elementos. Esto aporta dos ventajas: son muy directivas y

poseen una amplia ganancia que aumenta con los elementos

directores. 5

En las antenas Yagi, a mayor nmero de elementos, mayor

directividad y mayor ganancia.6

Fig. 8. Antena Yagi observada en laboratorio

3. Antena Parablica

La antena observada en laboratorio es una antena parablica

con reflector de la industria Ubiquiti cuyo modelo es

RocketDish 5G30 y presenta una frecuencia de 5GHz con una

ganancia de 30dBi

Fig. 9. Antena Parabolica con reflector observada en laboratorio

4. Antena mvil Antena mvil tipo /4 para la banda de radioaficionados en VHF, cubre un ancho de banda de 144 a 154 MHz

Fig. 10 Antena Parabolica con reflector observada en laboratorio

5. Agrupacin de antenas: Son pequeas antenas trabajando en comn, es decir

alimentadas desde una fuente comn. Se comportan como una

nica antena con un diagrama de radiacin propio pudiendo

adaptarse a distintas aplicaciones.

La antena observada en el laboratorio consisten en una

agrupacin lineal ya que los N elementos estn agrupados en

una lnea recta. 5

4

Fig. 11 Agrupacion de antenas

6. Antena de panel

Las antenas planas o microstrip facilitan su integracin con el

resto del sistema, favoreciendo la reduccin del tamao y peso

global. 6 Presentan la desventaja de su estrecho ancho de banda,

pero actualmente existen numerosos mtodos para solventar

este inconveniente.

La antena que se observa en la figurea 12. de color blanca

presenta un rango de frecuencias de 4.9 a 5.9 GHz con una

ganancia de 19dB.

Fig. 12Antena plana

7. Antena discono Est formada por un conjunto de radiales dispuestos en forma

de disco y otro conjunto en forma de cono.

La antena es omnidireccional, de escasa ganancia pero de muy

elevado ancho de banda, que la hace muy apta para su

utilizacin en receptores de banda continua

La antena observada en laboratorio se trata de una antena

discono de marca Icom AH-7000, la cual posee las siguientes

caractersticas

Recibe frecuencias desde 25 a 1300 MHz, tambin se puede

utilizar para transmitir en 50, 144, 430, 900 y 1200 MHz.

Esta antena de acero inoxidable es de 1.7m de alto y se adhiere

a cualquier mstil estndar con dos pernos en U suministrados.

Fig. 13 Antena discono observada en laboratorio

8. Antena MikroTik RBSXTG-5HPacD-SA

Comprende un valor de 5 GHz con una ganancia de 13dBi.

Tambin tiene un puerto Gigabit Ethernet.

Fig. 14 Antena discono observada en laboratorio

9. Antena Logoperiodica

Est formada por un conjunto de radiales de distinto tamao

ordenados de forma descendente en la direccin de mxima

radiacin de la antena.

Su caracterstica fundamental es que su ganancia es peridica

en el logaritmo de la frecuencia, lo cual la convierte en una

antena con un ancho de banda elevadsimo, muy usada en

comunicaciones en HF que precisan de una elevada

directividad. La ganancia tpica es de 6 dB a 8 dB y existen

diseos para operar desde 3 MHz hasta 8 GHz.6

La antena log peridica observada en laboratorio presenta una

frecuencia de 100 a 1000MHz. Existen dos antenas log

peridicas en el laboratorio, las cuales poseen distintas

longitudes de los elementos parsitos. Vase figura 15

5

Fig. 15 Antenas log periodica de distinta dimension

1. Antena UHF para radio mvil/estacin base

Fig. 16 Antena movil

Este tipo de antena como se puede observar es para las

comunicaciones de celulares que se ubican internamente de

algn centro, empresa o industria.

Las frecuencias que se aplican en este tipo de dispositivos

abracan las frecuencias UHF 300MHz a 3GHz

2. Antena Dipolo, Orejas de conejo La antena permite recibir seales de teledifusin transmitidas

en frecuencias de alrededor de 41 a 250 MHz en la banda de

VHF y 470-960 MHz en la banda de UHF.

Este tipo de antena se disearon para colocarlas en los

televisores y asi aumente la capacidad de recibir las frecuencias

necesarias.

Fig. 17 Antenas dipole orejas de conejo

C. URSP

Este perifrico realiza las funciones de llevar la seal a banda

base de RF a travs de la seccin de IF y viceversa tal y como

se muestra en el presente documento. La interfaz USB permite

comunicar al USRP con la computadora que realizar el

procesamiento software. 7

1. Definicin

El USRP est diseado para permitir un acople ideal elctrica y

mecnicamente con otras tarjetas adicionales como son:

transmisores, receptores, receptores de televisin, etc.,

consiguiendo un intercambio de la informacin entre la seccin

banda base con la de IF y la de RF con la frecuencia a la que se

desea transmitir.

2. Caractersticas

Un USRP mostrado en la Fig. 1 est conformado por las

siguientes partes:

FPGA ALTERA Conversor Anlogo Digital Conversor Digital Analgico Socket de alimentacin a corriente contina Controlador USB

Fig. 18 USRP

Adems tiene la capacidad de incrementar sus caractersticas de

funcionamiento mediante el acoplamiento de tarjetas hijas, en

los Sockets predestinados para las mismas. Cada mdulo

adicional para el USRP cuenta con una memoria EEPROM que

le permite identificarse automticamente el momento que el

USRP arranca, en caso de que la memoria no se encuentre

grabada, el USRP emite un mensaje de advertencia, as mismo

cada una de estas tarjetas tiene acceso a dos de los cuatro

conversores AD/DA. Los mdulos adicionales que se pueden

conectar son: 7

Basic TX/RX

Opera en el rango de frecuencias de 1 MHz a 250 MHz, adems

se puede usar como un externo para un sintonizador de subida

o de bajada, adems que tambin se puede usar como generador

de seales, pero es importante considerar que para operar estas

6

tarjetas en algunos casos se requiere un amplificador de radio

frecuencia externo.

Este mdulo permite el acceso a todas las seales del USRP

incluyendo seales de 16 bits o entradas/Salidas digitales de alta

velocidad, SPI y buses I2C, adems de baja velocidad para los

ADCs y DAC's.

LFTX/LFRX

Opera en la banda de hasta 30 MHz y son tarjetas similares a

las Basic, sus diferencias puntuales son dos: la primera que

LFTX y LFRX cuentan con amplificadores diferenciales, en

lugar de transformadores y adems cuenta con filtros pasa-bajos

para evitar aliasing. 7

RFX900

Su rango de operacin va desde los 750 hasta los 1050Mhz,

aunque posee un filtro para la banda ISM 902-928Mhz que

puede ser desactivado para trabajar en las frecuencias de las

operadoras celulares

RFX2400

Opera en el rango de frecuencias de 2.3GHz a 2.9Ghz, como el

modelo anterior mediante filtros se puede disminuir el ancho

de banda para seleccionar la banda ISM 2400 a 2483Mhz. 7

VII. ANLISIS

La prctica realizada permiti conocer las caractersticas

fundamentales de los tipos de antena que el laboratorio posee,

por lo tanto a continuacin se hace una breve comparacin de

las caractersticas principales de las antenas

Una antena con mayor ganancia mejora ya sea la transmisin o

recepcion, mientras que un grupo de antenas solo mejora la

potencia de transmisin.

De acuerdo a la tabla propuesta la antena parablica es una

buena opcin para transmisiones o recepciones que impliquen

una amplia ganancia, por esta razn este tipo de antenas es

utilizado para comunicaciones satelitales.

Tipo de antena Frecuencia de operacin

Ganancia

Antena

parabolica

5Ghz 30dBi

Antena de

panel

4.9 -5.9 GHz

19dB.

Antena Yagi 600-6000MHz 5-30dBi

Antena mvil

VHF

144 a 154

MHz

2- 10dBi

Antena discono 25 -1300 MHz 9-13.5dBi

Antena Log

periodica

100- 1000MHz. 6 a 8dB

Antena

dipolo(orejas

de conejo)

41-250MHz

VHF

470-960 MHz

UHF

4-10dBi

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

This basic introduction to antennas, can obtain a simple

understanding of the types of antennas and applications of

these. For example, dipole antennas even when they do not

provide much gain offer the best flexibility in antenna

orientation.

The parabolic antenna with high gain and high directivity are

excellent to provide point to point links over long distances,

with antennas permanently installed and is used where greater

directivity required

Additionally it is possible to use different types of antennas in

the same system.

To determine the type of antenna to be installed at a station, you

will need to consult catalogs from different manufacturers to

know that possess characteristics based on the terms already

learned.

Frequency is the essential factor to be considered for the design

of an antenna system.

An antenna with more gain improves transmission and

reception, however a team with only improves power

transmission.

The USRP is a great tool programmable communications to

make interactions with devices TX and RX.

The USRP v.1no has the ability to ensure good communication

using any baseband modulation because in it is required that the

phase accurately reach the receiver, so that it can decode the

information.

REFERENCES

[1] Tarmo Anttalainen, Introduction to Telecommunications Network Engineering,2000

[2] Joaqun Snchez Herrera, Nuevas tendencias en comunicacin, pdf

[3] Engineering teaching solutions, Feedback Instruments Feedback Instruments, pdf

[4] Jose Mauel Huidrobo, Antenas de telecomunicaciaones, Revista digital de

Acta, 2103 [5] Captulo I. Sonido y Radiocomunicaciones, El sonido, espectro

radioelctrico, modulacin, antenas y transmisores , disponible

[6] Antenas dipolo disponible en http://www.habitissimo.es/ideas/las-antenas-dipolo-tipos-y-caracteristicas#ixzz3XsEI4B1d

[7] Edison Jami, Dussan Defaz, USRP, Escuela politcnica del ejercito,

IEEE