Antenas

Antenas

Ángel Cardama Aznar
Lluís Jofre Roca
Juan Manuel Rius Casals
Jordi Romeu Robert
Sebastián Blanch Boris
Miguel Ferrando Bataller

En este libro se presentan los métodos fundamentales de análisis de antenas con un nivel de detalle que permite comprender sus principios de funcionamiento y conocer los parámetros de diseño que son de interés práctico. Es un texto autocontenido, que sólo requiere conocimientos previos básicos de electromagnetismo, estructurado de modo que el lector pueda progresar gradualmente a lo largo de los sistemas radiantes que se emplean habitualmente en radiodifusión, radiocomunicaciones, comunicaciones móviles, radar y telecomunicación espacial. Incluye también sendos capítulos sobre propagación en diversos entornos, procedimientos y sistemas de medida de antenas, y una presentación detallada de los métodos numéricos utilizados actualmente en el análisis y el diseño de las antenas. Está dirigido principalmente a los estudiantes de ingeniería de telecomunicación que necesitan conocer los fundamentos básicos y los principios de funcionamiento de las antenas, pero también puede ser de utilidad para aquellos técnicos que deseen profundizar sus conocimientos en este campo.

ÍNDICE 

• Consideraciones generales sobre antenas
• Propagación
• Fundamentos de radiación
• Análisis de antenas básicas
• Agrupaciones de antenas
• Antenas de banda ancha
• Métodos numéricos
• Medida de antenas
• Anexo 

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ÍNDICE GENERAL

• Consideraciones generales sobre antenas. Introducción. Parámetros de antenas en transmisión. Impedancia. Intensidad de radiación. Diagrama de radiación. Directividad. Polarización. Ancho de banda. Parámetros de antenas en recepción. Adaptación. Área y longitud efectiva. Ecuación de transmisión. Ecuación del radar. Temperatura de ruido de antena.
• Propagación. Propagación en el espacio libre y en el entorno terrestre. Efecto de la tierra. Introducción. Reflexión en tierra plana. Difracción. Onda de superficie. Efecto de la troposfera. Atenuación. Refracción. Efecto de la ionosfera. Introducción. Propagación en un medio ionizado. Influencia del campo magnético terrestre. Comunicaciones ionosféricas. Modelización de la propagación en entornos complejos. Introducción. Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. El Modelo Okumuna-Hata. Caracterización estadística de las pérdidas de propagación. Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad. Fuentes de ruido externo. Resumen.
• Fundamentos de radiación. Ecuaciones de Maxwell. Fuentes eléctricas y magnéticas Dualidad. Potenciales retardados. Expresiones generales de los campos. Aproximaciones a grandes distancias para los campos radiados. Radiación de corrientes magnéticas. Significado de los vectores de radiación. Regiones de Fresnel y de Fraunhofer. Teoremas de unicidad y equivalencia. Teorema de reciprocidad. Aplicación del teorema de reciprocidad. Consecuencias del teorema de reciprocidad. Relación entre parámetros de transmisión y de recepción Longitud efectiva. Coeficiente de desacoplo de polarización. Impedancia de entrada e impedancias mutuas.
• Análisis de antenas básicas. Antenas elementales. Dipolo elemental. Espira circular elemental. Solenoide cargado con ferrita. Expresiones generales de para dipolos y espiras. Dipolos. Efecto de la tierra Monopolos. Teoría de imágenes. Monopolos. Efecto de una tierra imperfecta. Efecto de un plano de tierra finito. Antenas cargadas. Cálculo de la matriz de impedancias entre dos dipolos. Impedancia de entrada de un dipolo. Impedancia mutua entre dipolos. Sistemas de alimentación. Redes de adaptación. Antenas no alimentadas en su centro. Alimentación en paralelo. Dipolo doblado. Simetrizadores y transformadores.
• Agrupaciones de antenas. Introducción. Campos radiados por agrupaciones. Diagrama de radiación de agrupaciones. Factor de la agrupación. Representación gráfica del factor de la agrupación. Diagrama de una agrupación de dos elementos. Polinomio de la agrupación. Distribuciones de corrientes típicas. Uniforme. Triangular. Binómica. Comparación de las características. Descomposición en suma o convolución. Agrupación lineal uniforme. Agrupaciones transversales y longitudinales. Directividad de agrupaciones lineales. Expresión general de la directividad para agrupaciones ordinarias. Expresión general aproximada del ancho de haz y la directividad. Relación entre alimentación, directividad y diagrama. Agrupaciones bidimensionales. Síntesis de agrupaciones. Método de Schelkunoff. Síntesis de Fourier. Síntesis de Woodward-Lawson. Síntesis de Chebychev. Síntesis de Taylor. Agrupaciones superdirectivas. Agrupaciones adaptables. Alimentación de agrupaciones. Agrupaciones con elementos parásitos. Antenas de Yagi-Uda.
• Aperturas. Campos radiados por aperturas. Equivalente electromagnético de una apertura. Expresiones generales de los campos radiados. Apertura elemental. Apertura rectangular. Apertura circular. Bocinas. Bocinas sectoriales y piramidal. Bocina cónica. Ranuras. Ranura elemental. Ranura resonante. Antenas impresas. Reflectores. Reflectores diédricos. Reflectores parabólicos. Análisis geométrico. Análisis electromagnético. Parámetros. Consideraciones de tipo práctico. Tipos de alimentador. Geometrías de reflector. Lentes. Análisis electromagnético. Lentes escalonadas (zoned lenses). Lentes TEM. Lentes de Luneburg. Compararación entre reflectores y lentes.
• Antenas de banda ancha. Introducción. Antenas de hilo. Otras antenas de banda ancha. Hélices. Antenas independientes de la frecuencia. Espirales. Antenas logoperiódicas. Antenas fractales.
• Métodos numéricos. Introducción. Planteamiento de la solución. Clasificación de los métodos numéricos. Métodos integrales. Aplicación del teorema de equivalencia. Formulación de las ecuaciones integrales. Alimentación. Discretización de las ecuaciones integrales. Método de los momentos. Método del gradiente conjugado. Funciones base y peso. Métodos de alta frecuencia. Óptica física. Método de las corrientes equivalentes (MEC). Métodos asintóticos o de trazado de rayos. Ondas de superficie. Análisis en alta frecuencia de superficies arbitrarias.
• Medida de antenas. Introducción. Medida de diagramas de radiación Campos de medida. Criterios de diseño de los campos de medida. Campos de medida. Instrumentación de medida. Medida de ganancia. Medida de directividad. Medida de impedancia. Medida de la distribución de corriente. Medida de polarización. Medida de la temperatura de antena. Modelos a escala. Medidas en campo próximo. Formulación del caso plano. Campo próximo cilíndrico y esférico. Ventajas e inconvenientes de la medida en campo próximo.
• Anexo . Solución de la ecuación de onda Función de Green. Directividad de agrupaciones. Método gráfico. Relación entre alimentación, directividad y diagrama. Símbolos y constantes físicas. Operadores vectoriales y transformación de coordenadas. Funciones. Respuestas a las cuestiones y a los problemas.