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Tema 5
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
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Los elementos que forman parte de la comunicación, necesitan tener
una alimentación de tensión constante uniforme y que se mantenga
siempre en los niveles necesarios para cada una de las partes que los
conforman.
Los circuitos que componen tanto los transmisores como los
receptores, necesitan alimentarse con corriente continua, por lo que,
exceptuando los equipos portátiles, hay que rectificar y transformar la
tensión alterna, para conseguir una tensión adecuada y continua.
CLASES DE ALIMENTACIÓN:
– Autónoma.
– Externa.
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ALIMENTACIÓN AUTÓNOMA
Proporcionada por pilas y baterías/acumuladores para que el equipo
se pueda trasladar a cualquier lugar. Este tipo de alimentación es
inherente a todos los equipos portátiles.
Alimentación mediante pilas:
Las pilas son dispositivos que, mediante la reacción química generada
en su interior, producen una tensión constante y continua.
La descarga se produce de forma paulatina conforme a la demanda de
potencia del equipo, mucho mayor en transmisión que en recepción. La
autonomía de esta alimentación no suele ser muy grande y depende
del consumo.
La alimentación a pilas suele ser muy costosa… Baterías recargables.
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Pilas:
Tipos de pilas:
– Pila de zinc - carbón.
– Pila alcalina de dióxido de manganeso.
– Pila alcalina de óxido de plata.
– Pila de mercurio.
Baterías/Acumuladores (pilas recargables):
Dispositivos que almacenan energía eléctrica continua (no la generan en
su interior), y que la ceden cuando se conectan dentro de un circuito o
elemento que la necesite.
La gran ventaja sobre las pilas es que se pueden recargar en multitud de
ocasiones, teniendo una vida mucho más larga que las pilas, por lo que
a la larga resultan más económicos.
Existen distintos tipos de acumuladores, entre otros:
-
Acumuladores de plomo 45 Ah a 260 Ah
Acumuladores de níquel – cadmio (400mAh tipo AAA)
Acumuladores de plata – cadmio
Niquel-hidruro metálico (850 a 1000 mAh tipo AAA)
Iones de Litio 5.70 Wh a 3,8 V (1500 mAh tipo móvil)
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ALIMENTACIÓN EXTERNA
La alimentación externa es aquella que utiliza una fuente de alimentación
externa para alimentar los circuitos, y que transforma, rectifica, filtra y
estabiliza, para obtener la tensión correcta y exacta que ha de proporcionar a
cada elemento o circuito. Este tipo de alimentación se utiliza para equipos o
instalaciones fijas.
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ALIMENTACIÓN EXTERNA
Se suelen utilizar circuitos integrados
Ventajas:
- Tensión de salida ajustable o fija LM 7805, LM7812 (1,5 A)
- Protegidos sobrecarga térmica y contra cortocircuitos
- Montajes sencillos (pocos componentes)
- LM 317 ajustable de 1,5 a 37 V ; 1,5 A
- LM338
ajustable 1,2 V a 25 V; 5 A
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Tema 6
ANTENAS
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Generalidades de antenas
ANTENA: Dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo
de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia/desde el espacio
libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Tipos:
•Omnidireccionales (p.e. emisora de radio comercial o una estación
base de teléfonos móviles)
•Direccionales, que canalizan la potencia en una dirección y no
interfieren en otros servicios (p.e. antenas entre estaciones de radioenlaces).
Las antenas de transmisión y recepción tienen idénticas
características de comportamiento, por lo que la misma antena
puede hacer de emisora y de receptora. Esta capacidad para
cambiar de uso funcional, se denomina reciprocidad.
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Generalidades de antenas
CONSTRUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS:
Las antenas se construyen a partir de conductores en forma de
cables o varillas dispuestos para proporcionar la máxima eficacia
en la generación o captación de ondas electromagnéticas.
Las características de las antenas dependen de la relación entre
sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de
radiofrecuencia transmitida o recibida.
Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la
longitud de onda las antenas se denominan elementales. Si
tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se
llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la
longitud de onda son directivas.
Las principales características de las antenas son:
• Ganancia y directividad.
• Polarización.
• Diagrama de radiación.
• Eficiencia.
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Ganancia:
Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima
radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la
directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el
diagrama de radiación. Se mide en decibelios (dBs).
Directividad:
La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la
intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y
la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la
misma potencia total.
Polarización:
La polarización de una antena es la “orientación” de la onda radiada
por dicha antena en una dirección dada. Siempre que hablamos de
polarización hacemos referencia a polarizar una onda
electromagnética como la siguiente:
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POLARIZACIÓN:
La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por
el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función
del tiempo, en una posición dada.
Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente
polarizada (vertical u horizontal), si es un círculo circularmente
polarizada y si, por último la figura trazada es una elipse se
denomina elípticamente polarizada.
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Diagrama de radiación:
Representación gráfica de la radiación de una antena, en función de la
dirección (coordenadas en azimut y elevación). Lo más habitual es
representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden
encontrar diagramas de polarización o de fase. Según el diagrama de
radiación podemos clasificar las antenas: isotrópicas, directivas,
bidireccionales, omnidireccional). Dentro de los diagramas de radiación
podemos definir el diagrama copolar como aquel que representa la
radiación de la antena con la polaridad deseada.
Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:
• Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación, directividad y
ganancia.
• Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima
radiación.
• Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al
principal.
• Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el
diagrama de radiación de un haz toma un valor de 3dB por debajo del
máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la
mitad.
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Diagrama de radiación:
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Eficiencia:
Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la
antena. También se puede definir como la relación entre ganancia y
directividad.
Excitación de la antena
Se dice que una antena transmisora está excitada cuando es
alimentada por la salida eléctrica de un transmisor. La excitación de
la antena crea una corriente de antena, que a su vez hace que se
radien ondas a la atmósfera.
Transferencia de potencia máxima:
Si se quiere transmitir la máxima potencia, la antena debe estar en
resonancia con el transmisor, generándose de este modo la máxima
corriente en la antena.
La corriente de antena es una corriente alterna que fluye de un lado
a otro de la antena con la frecuencia de salida del transmisor. La
antena actúa como un circuito resonante serie.
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Ondas estacionarias de la antena:
A lo largo de la antena excitada, se producen valores distintos de
corriente en toda su longitud. Dichos valores son de tal forma que
pueden asemejarse a una señal sinusoidal, de tal modo que la longitud
de la señal, equivale a la longitud de la señal de transmisión ideal de la
antena.
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FRECUENCIA DE RESONANCIA DE UNA ANTENA:
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.
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.
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TIPOS DE ANTENAS TRANSMISORAS
Las dos categorías principales son la de media onda y la
de cuarto de onda.
ANTENA DE MEDIA ONDA:
Tiene una longitud igual a la mitad de la longitud de onda
de la señal que se quiere irradiar. También se denomina
antena dipolo. Normalmente, está alimentada en su punto
central, teniendo una línea de transmisión equilibrada,
aunque también pueden alimentarse por un extremo.
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RADIACIÓN DE UNA ANTENA
Cuando tenemos una antena de media onda horizontal, alimentada por el
centro, la radiación resultante es una radiación bidireccional, hacia delante y
hacia detrás de la antena.
Cuando tenemos una antena de media onda vertical, alimentada en el
centro, la radiación resultante es una radiación omnidireccional, alrededor de
la antena.
Cuando una antena de media onda la alimentamos, no con la frecuencia de
resonancia, sino con un armónico de ésta (el doble), se convierte en una
antena de onda completa. La alimentación de esta antena equivalente se ha
de desplazar hasta 1/4 de la longitud de la antena desde cualquier extremo.
Si la alimentamos con un tercer armónico, (el triple), se obtiene una antena
de 1,5 longitudes de onda. La alimentación de esta antena se produce por su
punto central.
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SISTEMA DE ANTENAS CON ELEMENTOS
Para eliminar o reducir las interferencias se requiere que la
dirección y el ancho de banda de una onda radiada queden
dentro de unos límites específicos. De esta forma la potencia
radiada se dirige hacia una estación receptora especifica, y se
pierde muy poca energía.
SISTEMAS PARÁSITOS
Detrás de la antena de media onda se coloca un elemento de
las mismas características que la antena, pero que no lleva
ningún tipo de alimentación, denominado elemento parásito.
Cuando la antena comienza a radiar energía, la lanza de forma
bidireccional y en el elemento parásito se induce una tensión
que a su vez induce una radiación, que vuelve a ir en dirección
hacia el elemento activo de la antena, de tal modo que aumenta
la radiación de la antena en dirección hacia delante. El elemento
parásito actúa de reflector de la señal que lanza la antena, con
lo que se obtiene una gran directividad de la antena y una
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mayor radiación hacia delante.
SISTEMA DE ANTENAS CON ELEMENTOS
ANTENA YAGI
La antena Yagi emplea
elementos parásitos, unos
colocados delante y otros
detrás del elemento activo
de la antena, utilizándose
como reflectores y como
directores del campo de
irradiación frontal de la
señal.
Una condición para el buen funcionamiento de esta antena es
que el elemento activo ha de ser exactamente resonante a media
onda de la radiación, que los elementos reflectores han de ser
mayores de media onda y los elementos directores han de ser
más cortos de media onda, y todos los elementos se han de
conectar en paralelo.
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SISTEMA DE ANTENAS CON ELEMENTOS
EL DIPOLO PLEGADO
El dipolo plegado es igual que el dipolo simple solamente que éste tiene
otro conductor activo en paralelo de la misma longitud que el dipolo
original. El dipolo plegado se utiliza cuando necesitamos tener en una
instalación una resistencia de radiación de valor elevado, cosa que con
la antena Yagi no se consigue, se logra con el dipolo plegado.
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SISTEMA DE ANTENAS CON ELEMENTOS
ANTENA PARABÓLICA
Se trata de una antena de alta
ganancia, utilizada para la
recepción y transmisión de
señales de UHF y microondas.
Consta de un elemento activo
u otra forma de dispositivo de
radiación y un gran receptor
esférico o parabólico.
El elemento activo se coloca
en el punto focal del reflector.
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ANTENAS RECEPTORAS
Cualquier antena emisora funcionará bien como receptora
dentro de la misma gama de frecuencias. Pero las antenas
receptoras no necesitan ser tan complejas ni tan grandes,
como las emisoras.
Las antenas receptoras con un reducido tamaño funcionan
bien para las bandas de VLF, LF, MF Y HF. Para tener una
buena recepción de FM, es conveniente la colocación de una
antena de grandes dimensiones, al igual que para la
recepción de UHF y VHF, aunque la tendencia actual es la de
instalar antenas parabólicas de distintos diámetros para la
recepción de las señales de VHF, UHF y microondas.
Podemos destacar algunos tipos:
Antena irregular
Es el tipo más sencillo de antena receptora, conectada a los
terminales de la entrada del receptor directamente o a través
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de la red de sintonización.
ANTENAS RECEPTORAS
Antena sintonizada
Es un tipo de antena que ofrece un alto grado de selectividad
y cierta supresión de ruidos, las antenas receptoras
sintonizadas más comunes son de núcleo de ferrita y de
cuadro, y ambas se pueden utilizar para frecuencias desde 10
kHz hasta 30 MHz, con buenos resultados.
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