Proyecto

El proyecto consiste en un radar, creado con Arduino (a base de programación)

Para entender un poco mas de este proyecto (principios y fundamentos), se dejara adjunto el reporte del mismo

Reporte del Proyecto

Video demostrativo

Polarización de una antena

POLARIZACIÓN

La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena en una dirección dada.

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. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares.

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un círculo circularmente polarizada.

El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador, determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica.

Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entre los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores comprendidos entre 1 e infinito.

Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes. Los ejemplos que se citan a continuación son para  ondas planas que se propagan en la dirección del eje z.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal

Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a izquierdas y la segunda a derechas

Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas

Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

Por ejemplo la siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a derechas, con relación axial  3.

Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o bien en dos ondas porlarizadas circularmente a derechas e izquierdas

Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B

Los valores son A=2, B=1.

Antena parabolica

Antena parabólica

Antenas parabólicas del radiotelescopio "Very Large Array" en Nuevo México,EE.UU.

"Arthur", la primera antena parabólica satelital del mundo en la Estación Terrena Goonhilly

En las antenas receptoras el reflector parabólico se encarga de concentrar en su foco, donde se encuentra un detector, los rayos paralelos de las ondas incidentes.
En las antenas satelitales transmisoras, la así llamada parábola refleja las ondas electromagnéticas generadas por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del paraboloide. Los frentes de onda inicialmente esféricos que emite ese dispositivo se convierten en frentes de onda planos al reflejarse en dicha superficie, produciendo ondas más coherentes que otro tipo de antenas.La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflectorparabólico, cuya superficie en realidad es un paraboloide de revolución. Las antenas parabólicas pueden ser transmisoras, receptoras o full dúplex, llamadas así cuando pueden trasmitir y recibir simultáneamente. Suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada.

Tipos de antenas parabólicas

Atendiendo a la superficie reflectora, pueden diferenciarse varios tipos de antena parabólica donde lo que varía es la posición relativa del foco respecto a la superficie reflectora, así como la forma de ésta. Los tipos más extendidos son los siguientes:

• La antena parabólica de foco centrado o primario, que se caracteriza por tener el eje de simetría del reflector paraboloidal centrado respecto al foco.
• La antena parabólica de foco desplazado u offset, que se caracteriza por tener el reflector parabólico desplazado respecto al foco. Son más eficientes que las parabólicas de foco centrado, porque el alimentador no hace sombrasobre la superficie reflectora.
• La antena parabólica Cassegrain, que se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.

Antenas dipolo (Hertz)

Dipolo (antena)

Una antena dipolo al recibir una onda de radio

Diagrama animado de una antena dipolo de media onda verticales que irradian ondas de radio, que muestra las líneas de campo eléctrico

Un dipolo es una antena empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Tipos de dipolos

Dipolo simple

De pie ondas en una antena dipolo de media onda accionado a su frecuencia de resonancia

En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del dipolo, y puede calcularse como 150/frecuencia(MHz). El resultado estará dado en metros.

A causa del efecto de bordes la longitud real será algo inferior, del orden del 95% de la longitud calculada.

Dipolo en V invertida

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados el mismo ángulo respecto del plano de simetría. Tiene la forma de una V invertida.

La realización exige algunas precauciones. Autores como Brault y Piat recomiendan que el ángulo de la V no sea inferior a 120 grados, y que los extremos de la V estén lo más lejos posible del suelo; la proximidad de los extremos a la tierra induce capacidades que alteran la frecuencia de resonancia.

El dipolo en V invertida es sumamente apreciado por los radioaficionados que transmiten en expediciones, porque con un simple mástil de unos nueve metros, un poco de cable y de cuerda de nailon, es posible instalar rápidamente una antena transportable, liviana, y poco voluminosa.

Dipolo doblado

El dipolo doblado es, en esencia, una antena única formada por dos elementos. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media longitud de onda de largo. Sin embargo, como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena.

Dipolo de brazos plegados

Antena dipolo plegada

Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequeña parte del extremo parcialmente plegada. Eso hace que se economice espacio, a costa de sacrificar parcialmente la eficiencia del dipolo.

Dipolo eléctricamente acortado

Es un dipolo en el cual un segmento de cada brazo (por ejemplo, el tercio central) es reemplazado por un solenoide. Eso hace que el dipolo sea mucho más corto, pero a costa de sacrificar otras cualidades del dipolo original, como la eficiencia, la impedancia y el ancho de banda.

Antenas monopolo (Marconi o vertical)

Monopolo vertical

Se denomina monopolo vertical a un tipo de antena (receptora o transmisora) que es la mitad de un dipolo, en este caso, vertical. Cuando el monopolo vertical se instala sobre un plano de tierra, según la teoría óptica de antenas, puede ser modelado como un clásico dipolo. El dipolo es por definición una antena simetrica respecto de su punto de alimentación central y por ello la denominación de alimentación balanceada, en cambio en el monopolo y el plano de tierra se configura una alimentación de tipo desbalanceada, siendo el "vivo" conectado al monopolo propiamente, y el "retorno" conectado al plano de tierra.

Por qué surgen los monopolos?

Una primera razón seria como recurso sencillo de montaje sobre una superficie plana generalmente conductora, y una segunda debido a una situación inevitable: existimos sobre un suelo que justamente es plano, extenso y conductor (plano de tierra o ground plane). También podría mencionarse que un monopolo es fácilmente conectado al transmisor o receptor mediante un cable coaxial que también es de tipo desbalanceado, sin perturbar las características de radiación del monopolo. Como ejemplo de ambas situaciones podemos señalar: en VHF y UHF monopolos son instalados sobre el techo de unidades móviles, y en Onda Larga y Onda Media (casi siempre monopolos) la superficie terrestre es su plano de tierra por definición, dado que deben erigirse completamente sobre él debido a su dimensiones (entre 30 y 500 metros de altura).

Tipos de antenas

Tipos de antenas
Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son:

• Antenas Dipolo
• Antenas Dipolo multi-elemento
• Antenas Yagi
• Antenas Panel Plano (Flat Panel)
• Antenas parabólicas (plato parabólico)

Antenas Dipolo:
Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación.
Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del patrón de azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados alrededor de la antena. Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por naturaleza, y pueden ser ahusadas o con formas especificas en el exterior para cumplir con especificaciones de medidas. Estas antenas son usualmente alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero también pueden tener el conector en el centro de la misma.

Antenas Dipolo Multi-Elemento:
Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares. Tal como se puede ver en el patrón de elevación de la fig. 2, múltiples antenas de dipolo son muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en configuración horizontal.

Patrón de Elevación multi-dipolo
Figura 2. Patrón de Elevación de una antena multi-dipolo

Antenas Yagi:
Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.

Antena Yagi

Figura 3. Construcción de una antena Yagi

Patrón de Elevación Yagi
Figura 4. Patrón de Radiación en Elevación Yagi

Antenas Panel Plano (Flat Panel):
Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación (Fig. 4) y en el patrón de azimuth (Fig. 5) se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Patrón de Elevación Flat Panel
Figura 5. Patrón de Elevación Flat Panel de Alta Ganancia

Patrón de Azimuth Flat Panel
Figura 6. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta Ganancia

Antenas Parabólicas:
Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.

Patrón de Elevación Parabólica
Figura 7, Patrón de Elevación de Plato Parabólico

Antena de Ranura:
Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían su patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.

Antenas Microstrip:
Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos. En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.

Conclusión:
De esta introducción básica a las antenas, podemos obtener una comprensión simple de los tipos de antenas y aplicaciones de estas. Por ejemplo, las antenas dipolo aún cuando no proveen mucha ganancia ofrecen la mejor flexibilidad en cuanto a orientación de la antena. Las antenas flat panel ofrecen mayor direccionabilidad y son buena opción para instalaciones fijas. La antena parabolica con su alta ganancia y gran direccionabilidad son muy buenas para proveer enlaces punto a punto en largas distancias, con antenas instaladas permanentemente. Finalmente las antenas de ranura y las de microstrip son correctas para aplicaciones de desempeño moderado que necesitan integrar la antena dentro del radio y aplicaciones OEM. Adicionalmente es posible usar diferentes tipos de antena en el mismo sistema. Por ejemplo, se puede montar una antena flat panel en una pared cerca de un access point. Cuando una pieza de equipo con antena dipolo cerca del access point, el sistema podría actualizar estadisticas inmediatamente en el equipo.
Para ayudar en la elección de la antena correcta para su aplicación, la tabla 1 se provee como un medio de comparación entre los diferentes tipos:

	Patrón de Radiación	Ganancia	Directividad	Polarización
Dipolo	Amplio	Baja	Baja	Lineal
Dipolo Multi-Elemento	Amplio	Baja/Media	Baja	Lineal
Panel Plano (Flat Panel)	Amplio	Media	Media/Alta	Lineal/Circular
Plato Parabólico	Amplio	Alta	Alta	Lineal/Circular
Yagi	Endfire	Media/Alta	Media/Alta	Lineal
Ranura	Amplio	Baja/Media	Baja/Media	Lineal
MicroStrip	Enfire	Media	Media	Lineal

Frecuencias telefonicas

Estas son las bandas y frecuencias de AT&T (Iusacell y Nextel), Movistar y Telcel

Por ello nos hemos visto en la tarea de recopilar en una sencilla, pero útil, tabla todas las bandas y frecuencias en las ofrecen sus servicios los tres operadores más importantes del país; AT&T ( Iusacell y Nextel), Movistar (Telefónica) y Telcel; por supuesto, hemos incluido datos para conectividad 3G como para 4G LTE.

Sin más aquí la tabla:

OPERADOR	BANDA / FRECUENCIA PARA 3G	BANDA / FRECUENCIA PARA 4G LTE
AT&T (Iusacell y Nextel)	B2 / 1900 MHz. B5 / 850 MHz. B4 / 1700/2100 MHz.	B4 / 1700/2100 MHz.
Movistar	B2 / 1900 MHz. B5 / 850 MHz.	B2 / 1900 MHz.
Telcel	B2 / 1900 MHz. B5 / 850 MHz.	B4 / 1700/2100 MHz.