23-1-2014

IES TIRANT LO

EST - ANTENAS

BLANC

JORGE ANDRES GORDON | 1CI2N

EST - ANTENAS 2014

ANTENAS DE RADIO-TELEVISION TERRESTRE ________________________________ 3 INTRODUCCION ____________________________________________________________ 3 CONCEPTOS BASICOS _______________________________________________________ 3 Multiplexación De Programas _______________________________________________________ 3 Propagación Electromagnética _______________________________________________________ 3 Características de las Comunicaciones electromagnéticas _______________________________ 4 Principio de Funcionamiento de una Antena Dipolo ___________________________________ 4 Estructura de un Dipolo ________________________________________________________ 4 Calculo de una Antena Dipolo ___________________________________________________ 5 Polarización de las Antenas _______________________________________________________ 5 Estructura del Espectro de Radiofrecuencia ____________________________________________ 6 Bandas de Radiofrecuencia: _______________________________________________________ 6 Estructura de un Canal de TDT _____________________________________________________ 7 Distribución de Canales según CCIR ______________________________________________ 7

ESTRUCTURA DE SISTEMAS CAPTADORES DE SEÑAL DE TELEVISION _____________ 8 INTRODUCCIÓN ____________________________________________________________ 8 SISTEMAS CAPTADORES PARA SEÑAL DE RADIO TERRESTRE ________________________ 8 ANTENAS ________________________________________________________________________ 8 Características de las Antenas _____________________________________________________ 9  Impedancia característica __________________________________________________ 9  Ganancia _______________________________________________________________ 9  Ancho de Banda _________________________________________________________ 9  Directividad _____________________________________________________________ 9  Relación Delante - Detrás ________________________________________________ 11  Carga al viento__________________________________________________________ 11

ESTUDIO DE ANTENAS COMERCIALES PARA RADIODIFUSIÓN TERRESTRE _____________ 12 DIPOLOS CRUZADOS ______________________________________________________________ 12 DIPOLO PLEGADO ________________________________________________________________ 13 ANTENA YAGI ___________________________________________________________________ 13 Estructura de una antena Yagi ____________________________________________________ 14  Dipolo plegado _________________________________________________________ 14  Reflector ______________________________________________________________ 14  Directores _____________________________________________________________ 15 Características Técnicas de la Antena Yagi __________________________________________ 15 Tipos de Antenas Yagi___________________________________________________________ 16 ANTENAS LOGARITMICO PERIODICAS ________________________________________________ 16 Funcionamiento y Características: _________________________________________________ 17 ANTENA DE PANEL _______________________________________________________________ 18 Características: ________________________________________________________________ 19 ANTENAS DE DISEÑO ESPECIAL _____________________________________________________ 19 ANTENAS OPTIMIZADAS PARA TDT __________________________________________________ 20

1

EST - ANTENAS 2014

ESTUDIO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN _________________________________________ 21 Líneas de Transmisión _____________________________________________________________ 21 El Sistema Antena y Línea de transmisión _____________________________________________ 21 El Cable Coaxial __________________________________________________________________ 22 Estructura del Cable Coaxial ______________________________________________________ 22 Características de El Cable Coaxial _________________________________________________ 23  Impedancia Eléctrica _____________________________________________________ 23  Atenuación ____________________________________________________________ 23 ANEXOS ________________________________________________________________________ 24 ANEXO 1 _____________________________________________________________________ 24 Bibliografía _____________________________________________________________________ 25 Enlaces de interés ________________________________________________________________ 25

2

EST - ANTENAS 2014

ANTENAS DE RADIO-TELEVISION TERRESTRE

INTRODUCCION

En el siguiente resumen hablaremos de las antenas, sus parámetros, características, tipos etc, centrándonos en las antenas de transmisión de radio-televisión terrestre, pero antes de empezar con el tema en concreto, repasaremos brevemente conceptos que nos ayudaran a entender su funcionamiento.

CONCEPTOS BASICOS

Multiplexación De Programas La multiplexación consiste en un canal digital formado por diferentes programas. La información que viene de diferentes programas se multiplexa creando un único flujo de bits, que serán codificados dependiendo de la modulación digital a utilizar. En la codificación, se introducen sistemas de protección de errores., a la vez que se aumenta la eficiencia espectral del canal.

Propagación Electromagnética Los sistemas de transmisión de radio y televisión utilizan las ondas electromagnéticas para trasportar las señales por el aire. Por este motivo las antenas que utilizaremos se basaran en un elemento denominado DIPOLO.

3

EST - ANTENAS 2014

Características de las Comunicaciones electromagnéticas  Las ondas portadoras son de tipo sinodales, tienen movimientos ondulatorios, según este movimiento,  Cuando más baja es la frecuencia el tamaño del elemento transmisor es más grande, no hay necesidad de visibilidad directa entre emisor y receptor, ya que la señal supera obstáculos grandes.  cuando más alta es la frecuencia, el elemento será más pequeño, y al no superar obstáculos, necesita visibilidad directa entre el emisor y el receptor.

Principio de Funcionamiento de una Antena Dipolo  Las transmisiones por ondas de radio se hacen a partir de señales eléctricas alternas de una frecuencia determinada.  A cada valor de frecuencia, le corresponde un valor equivalente de longitud de onda

λ= c/f.  Se ha demostrado que hay una relación directa entre λ y la medida de la antena

mas eficiente para radiar o recibir la señal.  Medida del Dipolo = λ/2

Estructura de un Dipolo

El Dipolo está formado por 2 Tijas metálicas, cuya longitud máxima entre sus extremos corresponde a λ/2, con las conexiones hechas en el punto medio.

4

EST - ANTENAS 2014

Calculo de una Antena Dipolo

Para calcular la medida de un dipolo, debemos saber la frecuencia o gama de frecuencias que queremos recibir, a continuación realizaremos el siguiente procedimiento:

1. Para una gama de frecuencias, calculamos el valor de la frecuencia central:

2. A continuación buscamos la longitud de onda ( λ ):

3. Después calculamos el valor de 1/2 de λ (λ/2)

4. Para obtener la medida real idónea, calculamos el 95% de λ/2

Polarización de las Antenas Las antenas según se instalen pueden quedar polarizadas de 2 formas: Vertical y Horizontal. La ventaja de la polarización es que se duplica el ancho de banda para los canales disponibles, ya que un canal transmitido en polarización horizontal, no crea interferencias si utiliza las mismas frecuencias del mismo canal que está en polarización vertical llevando otra información. En Transmisión de televisión terrestre se utiliza la polarización Horizontal.

5

EST - ANTENAS 2014

Estructura del Espectro de Radiofrecuencia

El espectro de radiofrecuencias es el grupo de frecuencias disponibles según la tecnología disponible, para hacer cualquier tipo de transmisión de ondas de radio. La utilización del espectro no es libre, reservando cada grupo de frecuencias o bandas para un servicio determinado. Inclusive, las bandas de frecuencias que están “libres” necesitan de un permiso especial para su ocupación.

Bandas de Radiofrecuencia:

En España las bandas asignadas para la difusión de tv y radio son las de VHF-UHF, que están en las bandas IV-V de UHF. La transmisión satelital utiliza la banda SHF. Los servicios de radio utilizan las bandas II para analógica y III para digital. Estas bandas se dividen en subbandas o bloques de frecuencia.

6

EST - ANTENAS 2014

Estructura de un Canal de TDT El Canal de televisión es la gama de frecuencias que se ocupa para transportar ondas electromagnéticas. Su estructura está regulada por el CCIR. Cada canal de TV digital ocupa un ancho de banda de 8MHz limitada por la frecuencia superior, y la frecuencia inferior asignada. Este canal se identifica por su frecuencia central. La principal característica del espectro de TDT es que es continuo, es decir se distribuye de manera uniforme ocupando casi todo el ancho de banda asignado, sin interferir a los canales vecinos.

Distribución de Canales según CCIR

7

EST - ANTENAS 2014

ESTRUCTURA DE SISTEMAS CAPTADORES DE SEÑAL DE TELEVISION INTRODUCCIÓN Los sistemas captadores están formados por elementos o equipos que ayudan a recibir las señales de radio que queremos transmitir, y están situados en el exterior del edificio. Estos elementos son: antenas, sistemas de fijación y anclaje, el LNB i dispositivos auxiliares como preamplificadores, filtros, etc. En nuestras instalaciones, distinguimos dos tipos de sistemas captadores de señal:  

Sistemas captadores para señal de radio terrestre Sistemas captadores para señales de radio por satélite

En este documento nos centraremos en los sistemas captadores para señal de radio terrestre.

SISTEMAS CAPTADORES PARA SEÑAL DE RADIO TERRESTRE

ANTENAS

Una antena es un dispositivo metálico diseñado con el objetivo de emitir o captar ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa

8

EST - ANTENAS 2014

Características de las Antenas Las principales características que definen las prestaciones de las antenas, son las siguientes:



Impedancia característica

En general, se le denomina impedancia a la oposición que presentan todos los materiales al flujo de corriente alterna, la cual es análoga a la resistencia en corriente continua Es el valor de resistencia expresada en Ω que la antena presenta al paso de corrientes alternas captadas. En instalaciones de TV el valor de la impedancia está normalizado a 75 Ω.



Ganancia

La ganancia es el valor equivalente a la cantidad de dBµV que capta de más la antena en estudio, respecto a lo que capta un simple Dipolo. Esta ganancia se expresa en dB.



Ancho de Banda

Es la cantidad de canales (frecuencias) que la antena es capaz de captar. Este dato se da en formato numérico y grafico por ser tan exacta como sea posible.



Directividad

Es la capacidad que tiene una antena para recibir señales solo en ciertas direcciones y sentidos determinados. La directividad es una característica que nos indica el ángulo en que una antena puede recibir. El ángulo de apertura nos indica los puntos en los que la ganancia de la antena disminuye en 3 dB respecto al valor máximo. En este Ángulo la señal captada por la antena es adecuada. Cada sector máximo local en el diagrama de radiación se denomina "lóbulo". La directividad se acostumbra a expresar tanto en plano horizontal como vertical. Atendiendo a esta característica, las antenas pueden ser:

9

EST - ANTENAS 2014

 Omnidireccionales (antenas de radio FM)

 Bidireccionales

 Directivas (antenas TV)

La directividad y la ganancia van ligadas. Las antenas mucho más directivas tienen más ganancia de las que no lo son tanto

10

EST - ANTENAS 2014



Relación Delante - Detrás

Por definición, es la relación, expresada en [dB] entre la ganancia máxima del lóbulo principal de la antena y la ganancia máxima de cualquier lóbulo comprendido entre 90º y 270º respecto al lóbulo principal. Sin embargo, los fabricantes suelen suministrar el dato respecto a 180º (por detrás) del lóbulo principal. Esta relación indica la capacidad de la antena para rechazar las señales no deseadas que entren por detrás. Cuanto mayor es la relación, mejor es la discriminación de ruido.



Carga al viento

La carga al viento es la fuerza que hace la antena al palo donde se encuentra instalada. Al ser una característica mecánica se expresa en Newton .

Todas estas características vienen especificadas en los catálogos por el fabricante. Anexo1

11

EST - ANTENAS 2014

ESTUDIO DE ANTENAS COMERCIALES PARA RADIODIFUSIÓN TERRESTRE La antena básica para la emisión y transmisión de señales es la antena dipolo, aunque se pueden diseñar diferentes tipos de antenas mas eficientes mejorando alguna de sus características. Podemos dividir las antenas mas utilizadas en radio y televisión en los siguientes tipos:

DIPOLOS CRUZADOS

Consisten en dos dipolos colocados en cruz. Con este sistema se consigue que la antena capte el mismo nivel de señal en todas las direcciones es decir, es omnidireccional. Se utilizan para recibir señales de radio FM. En el montaje final se combinan las dos antenas de FM, con la de AM. La impedancia característica es de 75 Ω y una ganancia ( G = 1 dB ). El ancho de banda cubre las bandas AM y FM, su ángulo de abertura es de 360°. L relación D/A es de 0dB, ya que capta el mismo nivel de señal en todas las direcciones.

12

EST - ANTENAS 2014

DIPOLO PLEGADO

Este modelo es el más utilizado para la recepción de la banda de FM. Consiste en un Dipolo plegado, que a su vez esta doblado en forma de circulo, lo que hace que la recepción de señal sea omnidireccional. Sus características técnicas son las mismas que las del dipolo cruzado, a excepción de la carga al viento, que depende de las características fisicas de la antena.

ANTENA YAGI

Es una antena direccional que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, logra un muy alto rendimiento, ya que mejora sus características.

13

EST - ANTENAS 2014

Estructura de una antena Yagi

1. 2. 3. 4.

Dipolo Reflector Directores coaxial



Dipolo plegado

Es el elemento activo de la antena, Se encarga de recibir la señal captada y es el que lleva el cable coaxial que transmitirá la señal. Su impedancia es de 300Ω, así que necesitara un adaptador de impedancia, ya que los demás elementos tienen una impedancia de 75Ω, y así conseguir mínimas perdidas, entre la señal captada y la recibida por el coaxial. La medida de esta antena nos indicara la gama de frecuencias para la que está diseñada.



Reflector

El reflector es el elemento encargado de rebotar las señales no deseadas que llegan por detrás de la antena. El reflector puede tener diferentes configuraciones, y puede ser formado por una simple tija metálica, o por una gran parrilla. Este elemento se caracteriza por:  Su longitud es más grande que la del dipolo, y está separado por una distancia determinada, relacionada con la gama de frecuencias que queremos recibir.  Siempre está situado en la parte posterior de la antena

14

EST - ANTENAS 2014



Directores

Los directores son tijas metálicas más pequeñas que el Dipolo, están situadas por delante de este, según la orientación de la antena. Su misio, es hacer a la antena más o menos directiva dependiendo de su número, es decir, cuantos más directores haya, la antena será más directiva y tendrá mayor ganancia.

Características Técnicas de la Antena Yagi

• Impedancia característica de 75 Ω.

• Ganancia que puede variar entre 6 dB i 15 dB aproximadamente.

• Ancho de banda que puede cubrir las bandas de FM o televisión . • El ángulo de abertura puede variar entre 70º de máximo i 30º de mínimo, aproximadamente.

• La relación D/A puede variar entre 18 dB i 40 dB, aproximadamente, en función del diseño final.

15

EST - ANTENAS 2014

Tipos de Antenas Yagi Las Antenas Yagi pueden ser de diferentes tipos dependiendo del número de canales que reciben, estas pueden ser:

   

Monocanal Bicanal. Multicanal. De banda Ancha o multibanda

Las antenas Yagi Mono canal solo reciben un canal. Las bicanal solo reciben dos canales. Las multicanal reciben un grupo de canales de una determinada banda. Las de banda ancha reciben toda una banda, finalmente las multibanda reciben diversas bandas.

ANTENAS LOGARITMICO PERIODICAS

La antena logarítmica periódica está formada por un determinado número de dipolos abiertos de tal manera que, entre la medida y separación de cada uno hay una relación logarítmica. Esta es una antena multibanda.

16

EST - ANTENAS 2014

Funcionamiento y Características:

 En función de la frecuencia del canal recibido, hay un dipolo de una medida que se adapta mas al valor de /2, por tanto, este será el dipolo activo para el canal en cuestión. Los dipolos que quedan por delante actuaran como directores y los que quedan por la parte posterior actuaran como reflectores.  En el caso de otro canal con una frecuencia diferente, el dipolo activo será otro, y el número de directores y reflectores serán diferentes.  Al estar formada por dipolos abiertos, la impedancia será de 75Ω, no necesita de adaptador de impedancia, y el coaxial se conecta directamente al dipolo mas corto.  La ganancia puede variar entre 8 dB y 10 dB en función de la banda medida.  El ángulo de abertura aproximado será de 70° para la banda III VHF, y de 80° para las bandas IV y V de UHF.  El ancho de Banda cubre la banda III de VHF y todas las bandas IV y V de UHF  La relación D/A de 20dB para la banda III VHF, y de 25dB para las bandas IV y V de UHF.

En estos tipos de antena, la Directividad, la ganancia o la relación D/A serán muy diferentes entre un canal y otro. Este tipo de antenas se utilizan en zonas no problemáticas para la recepción.

17

EST - ANTENAS 2014

ANTENA DE PANEL

La antena de panel está formada por un panel reflector, y 2 o 4 dipolos en V que están conectados entre ellos. De manera que se suman los efectos de los Dipolos con la ayuda de un sintetizador diseñado para realizar esta función. Se utiliza en instalaciones de TDT , para sistemas individuales o colectivos, pero esta especialmente recomendada para sitios donde sea necesario evitar la entrada a la antena de reflejos de señal que llegan por el eje vertical, como las zonas de montaña, ya que tienen un excelente directividad gracias a su ángulo de abertura vertical.

18

EST - ANTENAS 2014

Características:  Impedancia de 75Ω con sintetizador  Ganancia que varía entre 13,5dB y 14dB aproximadamente, dependiendo del fabricante

 Ancho de Banda que cubren las banda IV y V de UHF  Angulo de abertura de aproximadamente 46° en horizontal, y de 27° en vertical.

 Relación D/A de 20dB

ANTENAS DE DISEÑO ESPECIAL

Las antenas de diseño especial son antenas exclusivas de cada fabricante, que buscan mejorar alguna característica de los modelos anteriores, así tendremos la antena idónea para cada necesidad.

19

EST - ANTENAS 2014

ANTENAS OPTIMIZADAS PARA TDT

Realmente con la desaparición de la tv analógica, actualmente todas las antenas están optimizadas para TDT. Los fabricantes simplemente han diseñado antenas con la máxima ganancia de frecuencias en la parte más alta del espectro de UHF. Una característica especial es que blindan el sintetizador (adaptador de impedancias) para evitar que otros tipos de señales digitales generen interferencias.

.

20

EST - ANTENAS 2014

ESTUDIO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Líneas de Transmisión

Son los cables que conectan todos los elementos que intervienen en una instalación, desde la bajada de la antena hasta el receptor de televisión. Estas líneas tendrán unas características u otras en función al tipo de señal que transporten. Para la distribución de señal de televisión, se utiliza un tipo de línea que por una parte tenga una baja atenuación, por el bajo nivel de señal de TV, y por otra ofrece alta inmunidad a interferencias externas.

El Sistema Antena y Línea de transmisión

La antena es un elemento que libera una determinada corriente eléctrica a la instalación, procedente de la radiación captada, comportándose como un generador de electricidad, interesa que cuando conectemos el generador a la línea de transmisión, este libere la máxima señal posible con la finalidad de tener mínimas perdidas en el circuito. Esto se da cuando el generador, línea de transmisión y elemento que recibe la corriente eléctrica tienen el mismo valor de impedancia. Otra cuestión importante es que sea capaz de transportar con la mínima atenuación posible, todas las frecuencias que forman parte de una banda determinada donde están las emisiones que queremos recibir, Ósea que el ancho de banda sea suficiente para que se de esta circunstancia. El tipo de cable que mejor se adapta a las circunstancias es el cable coaxial.

21

EST - ANTENAS 2014

El Cable Coaxial

Es el cable que sirve como línea de transmisión en instalaciones de recepción de señales de TV. Este cable cumple con dos características importantes:  Libera el máximo de señal posible  Transporta las frecuencias de una banda determinada con la mínima atenuación posible

Estructura del Cable Coaxial El cable coaxial está formado por:  Conductor interior en forma de hilo eléctrico, conocido como vivo y es el hilo de la señal  Conductor exterior en forma de lámina metálica conocido como hilo de malla, que es el hilo de conexión a masa o negativo del circuito. Este, a mas de dar conecion eléctrica, protege al vivo de interferencias eléctricas, evitando que se mezclen con la señal de TV  Aislante de la malla  Aislante cilíndrico denominado dieléctrico  Cubierta aislante exterior, que protege al cable de contactos eléctricos y de inclemencias atmosféricas.

22

EST - ANTENAS 2014

Características de El Cable Coaxial



Impedancia Eléctrica

Normalizada a 75Ω



Atenuación

Debido a la impedancia, la señal que circula tiene perdidas en función de la cantidad de metros que recorre. Mientras más metros, más perdidas. El fabricante proporciona este parámetro expresado en dB/m. La atenuación varía también en función de la frecuencia de señal que circula. Con más frecuencias, más atenuación, por esto el fabricante da estos parámetros expresados en bandas

Tabla de un fabricante donde se detalla las características de un cable coaxial

23

EST - ANTENAS 2014

ANEXOS ANEXO 1 Descripción de las características de una antena por el fabricante

24

EST - ANTENAS 2014

Bibliografía  

Infraestructures comunes de telecomunicació en habitatges i edificis, Celesti Capell Arques – Juan Manuel Millan Esteller Infraestructuras comunes de telecomunicación en viviendas y edificios, Emilio Felix moreno

Enlaces de interés    

http://es.wikipedia.org/wiki/Antena http://www.upv.es/antenas/ http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml https://sites.google.com/site/equiposdeimagengmfp/1-transmision-de-television/2antenas-de-television/tipos-de-antenas-ms-usados-para-recepcin-de-tv-terrestre

25