Cálculo de antenas: antenas de última generación para tecnología digital y métodos de medición

Este trabajo está concebido como un libro de consulta y fijación de conceptos primarios de aquello que afecta a la comprensión y diseño de antenas de radio básicas. Para ello, se enumeran los parámetros a tener en cuenta para tal fin, así como su formulación a un nivel asequible para un lector con una preparación técnica media en matemáticas y física y que maneje con cierta soltura una calculadora científica. El autor ha evitado exponer formulaciones de alto nivel matemático y el desarrollo de la fórmula final, lo que permite aplicar la misma directamente. El texto está dividido en nueve capítulos, en los cuales se desarrollan desde conceptos, unidades y fórmulas hasta la resolución de diseños prácticos de antenas, pasando por las explicaciones de distintos tipos de antenas, líneas de transmisión y otros datos que pueden ser de interés para el lector. Armando García Domínguez, EA5BWL, Ingeniero Técnico Industrial, ha sido empleado de la Compañía Telefónica de España durante toda su vida laboral. Ha trabajado en el mantenimiento de los equipos de radio y antenas de dicha empresa, desde la onda larga hasta la banda de microondas, incluida la telefonía móvil, por lo que se considera un experto profesional conocedor del medio. Además es un estudioso de las antenas, así como un entusiasta radioaficionado desde 1982. Prólogo Capítulo 1 – Recordatorio ..................................... 7 1.1 Unidades ....................................................................... 7 1.1.1 Unidades fundamentales ............................................ 7 1.1.2 Unidades derivadas .................................................... 7 1.1.3 Otras magnitudes ........................................................ 9 1.1.4 Múltiplos y submúltiplos ............................................. 10 1.2 Trigonometría ................................................................. 11 1.2.1 Equivalencias ................................................................ 13 1.2.2 Funciones ....................................................................... 13 1.2.3 Resolución de triángulos rectángulos ........................... 16 1.3 Logaritmos ......................................................................... 17 1.4 Unidades logarítmicas ........................................................ 18 1.5 Números imaginarios y complejos ..................................... 20 Capítulo 2 – Definiciones ............................................. 23 2.1 Naturaleza de la radiación electromagnética .......................... 23 2.2 Constantes del espacio ............................................................. 24 2.3 Conceptos de radiación electromagnética ................................ 25 2.4 Parámetros de antenas .............................................................. 26 2.4.1 Impedancia característica ........................................................ 27 2.4.2 Altura o longitud efectiva ......................................................... 27 2.4.3 Coeficiente de onda ................................................................... 28 2.4.4 Longitud eléctrica ...................................................................... 28 2.4.5 Factor de atenuación .................................................................. 29 2.4.6 Resistencia de radiación .............................................................. 29 2.4.7 Inductancia .................................................................................. 30 2.4.8 Capacidad .................................................................................... 30 2.4.9 Q y ancho de banda ..................................................................... 30 2.4.10 Reactancia .................................................................................. 31 2.4.11 Impedancia de entrada ................................................................ 31 2.4.12 Directividad .................................................................................. 32 2.4.13 Área efectiva .................................................................................. 33 Capítulo 3 – Formulario .......................................................... 35 3.1 Impedancia característica ............................................................... 35 3.2 Altura o longitud efectivas .............................................................. 37 3.3 Constante de fase o coeficiente de onda ......................................... 37 3.4 Longitud eléctrica ............................................................................ 38 3.5 Factor de atenuación ........................................................................ 38 3.6 Resistencia de radiación ................................................................... 38 3.7 Inductancia ...................................................................................... 43 3.8 Capacidad ......................................................................................... 43 3.9 Q y ancho de banda ........................................................................... 44 3.10 Reactancia ........................................................................................ 44 3.11 Impedancia de entrada ..................................................................... 46 3.12 Directividad ....................................................................................... 47 3.13 Área efectiva ....................................................................................... 55 3.14 Acoplamiento de antenas ................................................................... 56 Capítulo 4 – Antenas ................................................................ 67 4.1 Antenas de cuadro ............................................................................... 67 4.2 Ajuste en resonancia de las antenas ...................................................... 70 4.2.1 Monopolos cortos ............................................................................... 71 4.2.2 Monopolos largos ............................................................................... 86 4.3 Antenas Yagui y Quad-Cúbicas ............................................................. 88 4.4 Antenas multibanda ................................................................................ 91 4.4.1 Primer grupo ......................................................................................... 92 4.4.2 Segundo grupo .............................................................................. 105 4.4.3 Tercer grupo ................................................................................. 108 4.4.4 Cuarto grupo ................................................................................. 108 4.4.5 Antenas logoperiódicas ................................................................. 110 4.5 Antenas parabólicas ........................................................................... 116 4.6 Antenas Microstrip .......................................................................... 119 4.6.1 General ........................................................................................... 119 4.6.2 Aplicaciones .................................................................................. 121 4.6.3 Análisis ......................................................................................... 121 4.6.4 Radiación ..................................................................................... 122 4.7 Planos de tierra ............................................................................... 132 Capítulo 5 – Líneas de transmisión ..................................... 141 5.1 Descripción y parámetros ............................................................... 141 5.2 Impedancia de entrada .................................................................... 145 5.3 Concepto de la ROE ......................................................................... 149 5.4 Cable coaxial. Generalidades .......................................................... 156 Capítulo 6 – Datos de interés .............................................. 163 6.1 Cálculo de bobinas .......................................................................... 163 6.2 Radio equivalente ........................................................................... 166 6.3 Parámetros de medios y materiales .............................................. 167 6.4 Resistencia óhmica de un conductor a la radiofrecuencia ............. 169 6.5 Capacidades ................................................................................... 170 6.6 Transmisión entre dos antenas alejadas en el espacio libre ......... 173 Capítulo 7 – Adaptación de impedancias ............................. 175 7.1 General ............................................................................................ 175 7.2 Autotransformador ......................................................................... 177 7.3 Circuitos en L ................................................................................. 177 7.4 Circuitos en π ................................................................................. 178 Capítulo 8 – Mediciones en antenas ................................... 189 8.1 Elementos básicos de aparatos de medidas ................................... 189 8.2 Aparatos de medida ........................................................................ 195 Capítulo 9 – Ejercicios prácticos ........................................... 199 9.1 Diseño de monopolos ......................................................................... 199 9.2 Diseño de antenas en L invertida...................................................... 205 9.3 Acoplamiento de dipolos ................................................................. 207 9.4 Antenas disco-cono ........................................................................... 209 9.5 Antenas helicoidales ......................................................................... 210 9.6 Diseño de una antena Microstrip ...................................................... 211 9.7 Antena parabólica ............................................................................... 213 Anexos ..................................................................................... 215 Anexo I ......................................................................................................... 215 Anexo II ........................................................................................................ 217 Anexo III ....................................................................................................... 225 Anexo IV ........................................................................................................ 227 Bibliografía ............................................................................... 229