Antenas

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ANTENAS

Existen cuatro clases de propagación:
- Directa.
- Por reflexión.
- Por difracción.
- Por refracción.

La directa es la que más interesa. Es la que se representa por el tópico de "hasta donde alcanza la vista". Sin embargo, también se puede captar la señal de TV, si tiene suficiente intensidad y no la falsean los obstáculos, por la propagación reflejada en un obstáculo (montaña, edificio, etc), por la difractada siguiendo la ladera de las montañas o colinas o siguiendo la línea del horizonte, y finalmente, por la refractada en las capas inferiores de la ionosfera, (refracción debida al estado ionizado de esta zona de la atmósfera).

Pueden llegar a la antena dos señales idénticas pero una reflejada y otra directa, y como no coinciden en el tiempo, se crean las imágenes fantasma, que pueden ser molestas. Se corrige con antenas de gran directividad. Si la línea de bajada de antena es larga se puede producir reflexión, en especial si las impedancias no se corresponden.
La antena tanto receptora como emisora, cubre un área tanto más amplia cuanto mayor es su altura.
El principio de reciprocidad en las antenas es que el comportamiento de ambas es idéntico. Por tanto, si una tiene sentido horizontal, la otra también. Esto se denomina polarización de la señal.

La horizontal proporciona menos ruidos y perturbaciones espúreas y mayor alcance en transmisión. En España se utiliza este sistema. En algunos países, ambos para evitar la interferencia entre emisoras próximas en el mismo canal.
En las emisiones de TV y radio FM se emplea onda directa, dando mayor estabilidad a la emisión.
La antena de TV merece tanta más atención cuanto mayor sea la frecuencia del canal a sintonizar y además porque este circuito se halla a la intemperie.
La intensidad de la señal transmitida se mide en el lugar donde se coloque la antena y se mide en μV, (tensión de RF y campo eléctrico de RF en μV/ (por metro).
Como mínimo la señal será de 350 a 500 μV, aunque algunos TV sólo usan 50 μV y menos en los canales 2 y 4 y con 100 μV en los canales 5 y 11.

FRECUENCIA DE RESONANCIA DE UNA ANTENA

La vibración o frecuencia de resonancia de una antena es comparable a la vibración de una cuerda o varilla en la que se establecen vientres y nodos. (fig. 1).


En RF, a cada nodo de intensidad, le corresponde un vientre de tensión, y a cada vientre de intensidad un nodo de tensión. A este sistema de nodos y vientres que se establecen en una antena se denomina distribución de ondas estacionarias.
En las antenas con un polo a tierra (antenas Marconi), se produce un sólo nodo de intensidad (vientre de tensión) en el extremo de antena. Y viceversa en el plano de referencia de la puesta a tierra. (fig. 2).
En antenas verticales u horizontales no unidas a tierra, la oscilación fundamental se establece para el semiperíodo, por lo que se llaman antenas de media onda. (fig. 3).
Con esto se ve, que una antena sólo puede entrar en resonancia a ciertas frecuencias bien determinadas (a la fundamental o a ciertos armónicos de ésta).

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La longitud exacta de las antenas es un 5 % menor, debido a aislamientos defectuosos.

La separación entre las dos varillas será la menor posible y constante en toda la antena, pues se consigue mayor ancho de banda al ser mayor la superficie de radiación. Por otra parte, bajo el punto de vista eléctrico es inútil utilizar elementos macizos con altas frecuencias, puesto que la corriente circula por la superficie (efecto pelicular).


ANTENA DIPOLO INPROVISADA CON UN TROZO DE CINTA PLANA BIFILAR DE 300 Ω.-





λ = en metros
L = en metros.
f = en MHz.

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DIPOLO DOBLADO, TRANSFORMADOR DE IMPEDANCIAS.-
Si se varía el diámetro de un elemento en relación al otro, así como la distancia o separación entre ellos, se modifica el valor de la impedancia del conjunto. Al ser diferentes los diámetros, la intensidad, no se distribuye por igual en los dos elementos.
Z aumenta cuando se disminuye el diámetro del elementos de alimentación con respecto al otro.
Z disminuye cuando el diámetro del primer elemento aumenta con respecto al otro.

PUNTO DE ALIMENTACIÓN DE LAS ANTENAS.-
La alimentación del emisor a la antena y de la antena al receptor, se hace en un vientre de intensidad.
Así, en las antenas Marconi, (fig. 2), el punto de alimentación se hará muy cerca del extremo de tierra.
Por el contrario, en las antenas de media onda, (fig. 4, 5 y 6), se hará en la parte media de la antena.

IMPEDANCIA DE UNA ANTENA.-
La antena tiene cierta capacidad y autoinducción que definen su frecuencia de resonancia. Ante la frecuencia de resonancia las reactancias capacitiva e inductiva, tienen el mismo valor pero desfasadas 180º, y por lo tanto se anulan, y la impedancia es 0.
Por tal motivo, a la frecuencia de resonancia, la antena es puramente resistiva.
La impedancia de acoplamiento es la resistencia que hay al acoplamiento energético de RF y la antena. (En emisor se denomina resistencia de radiación).

DIRECCIONALIDAD DE LAS ANTENAS.-
En las antenas verticales la radiación o captación de ondas directas y reflejadas, es la misma en todos los sentidos (antenas omnidireccionales).
En las antenas horizontales, la combinación de ondas directas y reflejadas no es la misma Se trata de una antena direccional.
Como en los casos prácticos, la antena deberá estar sintonizada en banda ancha para que pueda captar todos los canales de una banda.

ANTENA DIPOLO DOBLADO.-
Podría utilizarse una antena dipolo simple, pero se utiliza la de dipolo doblado por las siguientes ventajas:
- Mayor resistencia mecánica.
- Impedancia más constante a las variaciones de frecuencia.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.-
Las líneas son de dos tipos:
- Líneas aperiódicas o de ondas progresivas.
- Líneas resonantes o sintonizadas, o sea, de ondas estacionarias.

En TV se utiliza la primera. Las segundas, deben tener longitudes muy exactas, mientras que las otras pueden ser aproximadas.

Las líneas aperiódicas llevan la energía de RF sólo en una dirección, desde la antena al receptor, las ondas progresan. Si la línea es resonante, se establece un sistema de vibración por ondas estacionarias.

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IMPEDANCIA DE UNA ANTENA.-


Z = Ohmios.
L = Henrios.
C = Faradios.


ATENUACIÓN.-
Se especifica en tanto por ciento '%' o en 'dB'. Se refiere a un trozo de conductor de 100 m de longitud, por lo general. Son las pérdidas que tiene un conductor a causa del valor óhmico, propiedades del dieléctrico, etc.

SIMETRÍA - ASIMETRÍA.-
Esta característica es muy importante para efectuar adaptaciones.
- Una línea de bajada bifilar es simétrica, ya que sus conductores son iguales.



- Una línea de bajada coaxial es asimétrica, porque en realidad, sólo hay un conductor, ya que el concéntrico (coaxial) actúa como pantalla.
Las líneas simétricas son adecuadas para impedancias altas 75 a 300 Ω. La impedancia de una línea bifilar es:


CINTA PLANA BIFILAR.-
Se fabrica para 75, 150, 240 y 300 Ω. Este tipo de cable es el que se utilizaba con los televisores en blanco y negro que tenían una Z de entrada de 300 Ω. Este tipo de cable está en desuso pues el rendimiento en altas frecuencias como UHF es muy bajo y además, al no estar apantallado, recoge todo tipo de interferencias. El cable se deteriora con facilidad.


LÍNEAS ASIMÉTRICAS CON CABLE COAXIAL.-
Están constituidas por una malla concéntrica y un conductor central, separados ambos por polietileno celular o expanso. La malla está recubierta con polietileno denso.
Son asimétricas porque uno de los conductores actúa también como pantalla y está a potencial respecto al otro, es decir, sus características eléctricas no son simétricas con respecto a tierra.

La ventaja es que no está influida por señales parásitas, interferencias, etc. Aunque su atenuación es algo mayor que la bifilar, aquélla permanece constante a lo largo del tiempo.
Se fabrican para baja impedancia de 50 a 150 Ω. La más utilizada es de 75 Ω.
Al hacer la instalación, tener la precaución de no doblar demasiado el cable para que no se aplaste la espuma de polietileno.

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ANTENAS FM.-
Estas antenas difieren de las de AM por la diferencia de frecuencia con que trabajan. La antena más sencilla es el dipolo simple. Fig 7.

La energía recibida es mayor cuando el dipolo está orientado de tal manera que la señal de la emisora incide perpendicularmente en él. El clásico sistema tierra no es más que una derivación del dipolo simple en los que se ha sustituido un brazo por el suelo.

Dipolo plegado.- El mástil no es necesario que esté aislado eléctricamente con el dipolo. (Fig.8). La Z es de 300 Ω y la ganancia es la misma que la anterior. La sensibilidad es mayor cuando está orientada perpendicular-mente a la dirección de emisión.

Dipolo plegado circular.- Tiene las mismas características que el anterior, con la ventaja de que al ser omnidireccional, la ganancia es igual en todas direcciones. (Fig. 9).

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Antenas con elementos parásitos.- A los 2 últimos dipolos se les puede añadir conductores rectos, situados a uno y otro lado del plano del dipolo. Se llaman parásitos y aumentan la ganancia. Tienen un elemento director y otro reflector, al igual que las de TV. Las consideraciones que se tienen para TV, valen para FM.

Acoplamiento entre antena y receptor.- La máxima transferencia de energía se consigue cuando las impedancias de salida de la antena y de entrada del receptor son iguales.

Líneas de transmisión.- Se utilizan líneas como las de TV, con los mismos tipos de cables, coaxial y plano, 75 Ω y 300 Ω, respectivamente.


Antenas interiores.- Cuando la señal recibida es fuerte, se puede colocar una antena interior que son derivadas del dipolo simple y plegado.
Una de las más utilizadas es la de cuernos, que no es más que un dipolo simple con los brazos inclinados. Los tubos son extensibles a voluntad y se pueden girar mediante una rótula situada en la base. Esta se puede orientar.
De todos modos, este tipo de antena nunca tiene la efectividad de una buena antena exterior.


ANTENAS DE TV, 'ANTENAS YAGI'.-
Son antenas directivas de elementos múltiple y alta ganancia. Al añadir al dipolo, por ser bidireccional, más elementos para hacerlo direccional, llamados parásitos, porque en sí mismo no son captadores, llamamos al conjunto antenas 'Yagi'.
Los elementos directores colocados delante, refuerzan la señal en dirección del emisor. Pueden ser varios. Son siempre más cortos que el dipolo, de longitud decreciente conforme se aleja de él.
El elemento reflector colocado detrás, bloquea la captación de señales en la dirección opuesta al emisor. El reflector hace unidireccional el dipolo. El reflector es algo más largo que el dipolo.
Las antenas Yagi tienen más ganancia porque cada elemento adicional hace ganar algo en la captación de la señal.
El dipolo parásito (es igual que un dipolo aunque no está dividido por el centro), recibe cierta energía y la vuelve a radiar en mayor o menor parte, y la recibe el dipolo. Para que las dos radiaciones, la del elemento parásito y la de la emisora, estén en fase, el parásito y el dipolo receptor deben estar a una distancia de 1/4 long. de onda.[1]

Antenas directivas en UHF.- La característica de estas ondas, ondas decimétricas, es parecida a un rayo luminoso o a la luz. Si se coloca un obstáculo, éste dificulta la propagación del rayo luminoso. Por eso, las antenas han de colocarse lo más altas posibles, para 'ver' la antena emisora. Como la onda es pequeña, así debe ser el dipolo, que entonces tiene poca superficie de captación de energía y obliga a aumentar el número de elementos directores para aumentar la ganancia. El cable deberá tener pocas pérdidas y lo más corto posible.

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VHF ----------------- de 3 A 6 elementos.
UHF ----------------- de 6 a 20 elementos, incluso 27.

Para mejorar las antenas Yagi de UHF, en vez de un dipolo reflector, están dotadas de un plano eléctrico reflector.

ANTENAS MULTIBANDA.-

Hoy en día, existen muchos tipos de antenas, que mejoran los diseños anteriores. Así tenemos la antena multibanda, que como su propio nombre indica capta más de una banda de frecuencia. Con este tipo de antenas, somos capaces de obtener señal tanto de la banda III como de la IV o, de la V. (Fig. 10).

Hoy en día, existen muchos tipos de antenas, que mejoran los diseños anteriores. Así tenemos la antena multibanda, que como su propio nombre indica capta más de una banda de frecuencia. Con este tipo de antenas, somos capaces de obtener señal tanto de la banda III como de la IV o, de la V. (Fig. 10).

MEDIDOR DE CAMPO.-
A continuación se presenta el esquema correspondiente a un sencillo medidor de campo, cuya utilidad es la de indicarnos el nivel de señal de RF recibida en el lugar que nos encontremos, o también podemos acoplarla a nuestra antena receptora. (Fig. 11).

INSTALACIONES CON ANTENA ALEJADA Y RETRANSMISIONES.-
Cuando las condiciones para una recepción perfecta son desfavorables, se recurre a otros métodos de recepción.
Con antena alejada: Es simplemente colocar la antena en lo alto del obstáculo y llevar señal por una línea, y si es necesario, utilizar amplificadores. Cuando la distancia entre el obstáculo y el receptor sea muy grande, ya por motivos económicos o de otra índole, se procederá a la retransmisión.
Retransmisión: Consiste en la conexión de dos antenas, conectadas entre sí, de forma que una se oriente a la emisora y la otra hacia la antena. A esto se le llama relé pasivo.
Si entre las dos emisoras se coloca un pequeño emisor de baja potencia, se le llama relé activo.
El sistema de relé pasivo es interesante cuando la distancia entre el obstáculo y el receptor no exceda de 100 ó 200 m. El activo cubre grandes distancias

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CONJUNTOS VHF-UHF Y RADIO-TV.-

Cuando hay suficiente nivel de señal, se puede bajar todas las señales por una línea única. Si la señal no es fuerte, se deben emplear amplificadores. Para bajar varias señales de distinta frecuencia por una misma línea, se utilizan los filtros que son mezcladores y separadores. (Fig. 12).


ATENUADORES.-
Se utilizan cuando el nivel de la señal es demasiado elevado y existe peligro de bloqueo o saturación de la imagen. Los atenuadores, como su nombre indica, tratan de reducir la señal. Usualmente utilizan filtros en π, y deben tener la impedancia de entrada y salida de acuerdo con la línea. (Fig. 13).


INTERFERENCIAS.-
Las interferencias perjudican notablemente la imagen de un TV. Es necesario estudiar la fuente que produce la interferencia como pueden ser motores eléctricos, motores de explosión, radioaficionados, etc. Una vez detectada la fuente de interferencias, se estudiará si es un defecto de ese equipo o de su instalación , y en caso contrario intentar proteger nuestra instalación con filtros eliminadores de esa frecuencia perturbadora.

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Se puede colocar un circuito oscilante a la entrada del televisor, que es un cable bifilar o coaxial de longitud/4 de la señal que interfiere.

SISTEMA DE MONTAJE TIPO 'Z'.-

Este sistema de montaje, es uno de los más modernos, y se basa en el empleo de amplificadores de ganancia variable por cada canal de TV a recibir.
Las señales procedentes de las antenas que corresponden a cada banda, es introducida en su amplificador respectivo. Posteriormente, y con ayuda de unos puentes, la señal va pasando por los distintos circuitos y siendo amplificada, obteniendo a la salida del conjunto la señal mezcla amplificada. En los terminales que no haya conexión, se deberán colocar los tapones terminales de 75 ohmios.
El conjunto se alimenta con una F.A. única y que deberá soportar la suma de las corrientes de consumo de cada amplificador.


COAXIAL BIFILAR
Este cable va en paralelo con la bajada de antena. Como la frecuencia no la conocemos de cierto, tantearemos en la longitud del cable.
Las antenas en el tejado, se influyen mutuamente si están a una distancia de 7 a 15 m. en VHF. En UHF, la influencia es escasa. No se debe colocar una antena en la zona de sombra, por ejemplo, una detrás de otra, a menos que la posterior esté a mayor altura. (Fig. 14).
Se debe inclinar un poco la antena, unos 20º en dirección al emisor

ANTENAS COLECTIVAS.-

En una instalación de antena colectiva de televisión típica, cuyo esquema genérico se
muestra en la fig. 15, se pueden distinguir tres partes claramente diferenciadas:
- Antenas o elementos captadores de señal, cuyo número será variable de pendiendo de la cuantía y tipo de señales a recibir.
- Amplificadores, mezcladores y distribuidores que, colocados dentro de un cofre o caja en lugar próximo a las antenas, combinan o mezclan las señales suministradas por las antenas y las amplifican para poder ser distribuidas a todos y cada uno de los abonados, a través de un cable coaxial único.
- Red de distribución, o cableado a través de toda la finca con el fin de poner a disposición en las correspondientes tomas de todos los abonados la totalidad de las señales recibidas en las antenas, y en condiciones de ser correctamente visualizadas en los correspondientes receptores.
La inclusión de señales adicionales de televisión comportará, dependiendo de los casos y situaciones, una posible modificación en el número de antenas o elementos captadores de señal y, en todo caso, una ampliación del equipamiento de amplificadores, mezcladores y distribuidores situado en el cofre.

SISTEMA DE MONTAJE TIPO 'Z'.-

Este sistema de montaje, es uno de los más modernos, y se basa en el empleo de amplificadores de ganancia variable por cada canal de TV a recibir.
Las señales procedentes de las antenas que corresponden a cada banda, es introducida en su amplificador respectivo. Posteriormente, y con ayuda de unos puentes, la señal va pasando por los distintos circuitos y siendo amplificada, obteniendo a la salida del conjunto la señal mezcla amplificada. En los terminales que no haya conexión, se deberán colocar los tapones terminales de 75 ohmios.
El conjunto se alimenta con una F.A. única y que deberá soportar la suma de las corrientes de consumo de cada amplificador.