Teoría Array de Antenas para Redes Inalambricas

Erick Alexander Pereira Polo
Centro de Informática
Universidad del Sinú

Un
array es una antena
compuesta por un número de
radiadores idénticos ordenados
regularmente y alimentados
para obtener un diagrama de
radiación predefinido.

CARACTERÍSTICA DE LOS ARRAYS DE ANTENA
Las características principales de los arrays de antenas es que su diagrama de
radiación es modificable, pudiendo adaptarlo a diferentes aplicaciones/necesidades.
Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la señal que
alimenta a cada uno de los elementos del array.

NIVEL DE APLICACIÓN
Los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes.
Una definición de un sistema de antenas inteligentes es cualquier
configuración adaptativa de múltiples antenas que mejoran el rendimiento de
un sistema de comunicaciones inalámbricas.

Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con
una mayor directividad (es decir, mayor ganancia y mayor selectividad angular),
proporcionan múltiples ventajas:

• Incremento de la zona de cobertura: Dado que la ganancia es mayor que en
el caso de antenas omnidireccionales o sectorizadas.
• Reducción de la potencia de transmisión: La mayor ganancia de la antena
permite incrementar la sensibilidad.

• Reducción del nivel de interferencia: La mejor selectividad espacial de la
antena permitirá al receptor discriminar las señales de usuarios
interferentes a favor de la señal del usuario deseado. Incluso se pueden
utilizar antenas inteligentes con configuración antena principal y secundarias
donde las secundarias anulan las interferencias.

DIAGRAMA DE RADIACIÓN EN UN ARRAY

• Reducción de la propagación multitrayecto: Debido a la menor dispersión
angular de la potencia radiada, se reduce el número de trayectorias que
debe seguir la señal antes de llegar al receptor.

• Mejora de la seguridad: Gracias a que la transmisión es direccional, hay una
probabilidad muy baja de que un equipo ajeno intercepte la comunicación.
• Introducción de nuevos servicios: Al poder identificar la posición de
usuarios se puede aplicar a radiolocalización, tarificación geográfica,
publicidad en servicios cercanos.

Según se Geometría
• Lineales
Es llama así cuando N elementos se
agrupan a lo largo de una línea
recta, permitiendo controlar el
diagrama de radiación en el plano
que contiene la línea.

RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS

Antena Sectorial, 16 Dbi de ganancia, haz
de apertura de 180º

• Planas
Se llama así cuando los elementos se sitúan en 2D sobre un plano,
permitiendo mayor directividad y control del diagrama. Pueden apuntar el
haz principal en cualquier dirección, en forma de pincel. Las formas más
utilizada son la reticular y la circular.

Reticular
Circular

• Conformada (Cilindricas, Esferica)
Se llama así cuando los elementos se sitúan sobre una superficie
curva, como un cilindro, un cono, una esfera o sobre otras superficies como
el ala de un avión.

Array cilíndrico de bocinas
rectangulares.

Agrupación cilíndrica
de parches cuadrados

Array de estructuras multicapas
con elementos impresos.

Según el elemento radiante
• Hilos (Dipolos)
Un dipolo es una antena con
alimentación central empleada
para transmitir o recibir ondas
de radiofrecuencia. Estas antenas
son las más simples desde el punto
de vista teórico


Antena Omnidireccional, 9 Dbi de ganancia, haz de
apertura de 360º

• Impresas (Parches)
Las antenas de elementos impresos tienen como
ventajas su facilidad de fabricación y bajo precio.

• Ranuras
Están formadas por una estructura de dos
planos metálicos sobre los que se induce una
onda cilíndrica. Las ranuras se acoplan a la
onda de la guía en función de su posición,
orientación y tamaño.

• Bosinas

IRRADIACIÓN ANTENA DE CORNETA

Según la Red
• Pasivas (un solo haz, multihaz)
• Sistema de antena Multihaz
• Antena Multihaz Offset
• Antena Multihaz Offset Cassegrain


Antena con Reflector Parabólico, 29 Dbi
de ganancia, haz de apertura muy
estrecho 6º Ideal para enlaces punto a
punto a varios kms

Según la Red
• Activas
agrupación de antenas de recepción con una
pluralidad de canales para convertir señales de
recepción de elementos de antena de recepción
en una señal de frecuencia intermedia (FI) por
medio de un circuito que comprende uno o más
preamplificadores y un mezclador conectado en
serie, alimentándose al circuito una señal de
oscilador y una señal de calibración centralmente
generadas,

Según la Red
• Adaptativas
Un sistema de antenas adaptivo puede
determinar la ubicación de un usuario porque:
• Recibe la señal del usuario a través sus
sensores (elementos de la antena)
• La señal arriba a cada elemento de la
antena en un tiempo diferente (retardo
de tiempo)
• Su procesador digital de señales, es un
procesador
de
señales
especializado, calcula la dirección de
arribo (DOA Direction-Of-Arrival) del
usuario de los retardos de tiempo
• El DSP también suma las intensidades
de las señales de cada elemento de la
antena y forma el haz hacia la dirección
calculada por el DOA.

Según su Aplicación
• Comunicación (Movil, Satelital)
Cada satélite tiene una masa de 689kg y vida util de 5 a 8
años. 40 de ellos fueron lanzados con la lanzadera DELTA II
con capacidad para 5 satelites, 21 fueron lanzados con el
coehete PROTON con capacidad para 7 satelites iridium, y
12 fueron lanzados con el cohete LONG MARCH IIC/SD con
2 satelites por lanzamiento.

Actualmente Iridium ofrece comunicaciones de datos de
2,4 Kbps full-duplex nativos (Ancho de banda canal de voz:
8 kHz) y un sistema de conexión a internet que emula 10
Kbps, lo que limita las posibles aplicaciones, por lo que se lo
usa, sobre todo, para el envío y recepción de correos
electrónicos en formato de texto.El servicio OpenPort
permite hasta 128 kbps en datos.
Los organismos de seguridad estadounidenses utilizan
soluciones Iridium como su sistema preferido de
telecomunicaciones satelitales móviles de voz.

Según su Aplicación
•
•
•
•

Radar
Emisión de impulsos y recepción de ecos
Antenas directivas (grandes en longitudes de onda)
Gran capacidad de control

Teoría Array de Antenas para Redes Inalambricas

La creciente necesidad de camuflar de las estaciones
base (BTS) ha llevado a crear soluciones de
mimetización de las antenas, como por ejemplo
los árboles artificiales, que se pueden insertar
fácilmente en ambientes que requieren un bajo
impacto ambiental.
Una larga experiencia práctica sobre materiales
plásticos y metálicos, respecto de la calidad y
duración de esta antena mimetizada, incluso en
condiciones climáticas extremas.

ESTRUCTURAS ROOFTOP CAMUFLADAS
Estructuras camufladas sobre las azoteas

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