Introducción Este capítulo trata acerca de arreglos de antenas, daremos a conocer los principales arreglos de antenas, sus características y ventajas en lo que se refiere a mejorar la directividad y aumentar la ganancia, dos aspectos importantísimos para poder optimizar el funcionamiento de un sistema celular.
Un arreglo de antenas es un conjunto de antenas simples unidas bajo ciertas condiciones, generalmente iguales y orientadas en la misma dirección, las cuales son acomodadas en una disposición física determinada, relativamente cercanas unas respecto a otras, y además cada antena es manejada por un mismo sistema de separación (o combinador) de señal. Además son capaces de concentrar la radiación en direcciones deseadas.
Dentro de los arreglos mas relevantes que están siendo usados en nuestro simulador esta el arreglo broadside y el arreglo endfire. Si las antenas que conforman el arreglo de manera que produzcan la misma intensidad de radiación en un punto determinado y desfasamiento nulo dan como resultado la estructura “broadside”. En cambio, si las corrientes dan igual amplitud de campo, y sus fases diferentes pero con saltos progresivos, estamos hablando de una configuración “endfire”.
2.1.- Principios fundamentales de arreglos de antenas En muchas aplicaciones para el diseño de antenas con un patrón directivo determinado es necesario aumentar el tamaño eléctrico de la antena o la formación de una nueva configuración de múltiples elementos de características idénticas separadas por una distancia fija llamada arreglo. El campo total del arreglo está determinado por la suma vectorial de los campos radiados de los elementos individuales. La figura 2.1 muestra el diagrama de radiación de un solo elemento y 1
de un arreglo de tres elementos idénticos. Hay cinco parámetros de control que se utiliza para dar forma al patrón de radiación global del arreglo de antenas:
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Configuración geométrica, lineal, circular o plana
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Distancia de separación entre los elementos
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Amplitud de excitación de cada elemento
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Fase de excitación de cada elemento
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Patrón relativo de cada elemento
Figura 2.1 Diagrama de los patrones de radiación de una antena simple y de un arreglo de antenas Fuente: GUITAL Cristian, Antenas inteligentes y su desempeño en redes wireless, http://mingaonline.uach.cl/pdf/sintec/v3n2/art05.pdf
2.1.1.- Parámetros de arreglos de antenas
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Patrón de radiación: es la representación de la radiación o recepción de la antena de los campos eléctricos en el espacio.
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Factor de arreglo: es el patrón de radiación del arreglo asumiendo que los elementos usados son antenas isotrópicas.
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Ancho de haz: Es la apertura angular del lóbulo principal medido en un determinado nivel de potencia constante.
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La Directividad: es la medida del contraste del arreglo y es el radio de la potencia radiada por el arreglo en la dirección deseada a la potencia media radiada por el arreglo en todas las direcciones.
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Red de lóbulos: son los lóbulos laterales que tienen una intensidad igual a la del lóbulo principal.
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2.2.- Arreglos lineales Un arreglo lineal es un arreglo compuesto de varios elementos colocados en línea recta. Se considera como un filtro espacial que pasa las señales de una cierta dirección y rechazar las señales de otras direcciones. Considere un arreglo lineal de (N) elementos donde las señales de cada elemento se multiplican por los pesos complejos (W) y se suman para formar la salida del arreglo.
Un arreglo lineal uniforme es aquel en el que los elementos que lo conforman son alimentados con corriente de igual magnitud, con un desfase uniforme y progresivo a lo largo de la línea. Además los elementos están igualmente separados a lo largo de una línea recta.
Se analizará primero arreglos de antenas isotrópicas para luego generalizar el análisis para antenas largas, una antena isotrópica es una definición teórica de una antena que puede irradiar en igual en todas las direcciones.
2.2.1.- Arreglos de antenas isotrópicas
Se considerará dos fuentes puntuales isotrópicas separadas una distancia d, como se puede apreciar en la siguiente figura. p