Sistemas de Potencia

Mecánica. Interferencias de fuentes externas. Electrónica. Efecto Corona. Mecanismo. Ionización del aire. Carga superior. Unidades balanceadas. Antena helicoidal. Reflectores parabólicos

  • Enviado por: Jorge Luis Ramírez
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 15 páginas
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INTERFERENCIA DE FUENTES EXTERNAS
Lmneas de transmisisn: Los sistemas de potencia son los que mayor cantidad de problemas presentan induccisn electromagnitica y tambiin, debido a que pueden alcanzar un potencial lo suficientemente grande como para rebasar la correspondiente rigidez dielictrica del aire; y se producen pirdidas de energma debido a la corriente que se forma a travis del medio. Es decir, el aire se comporta como si fuera un conductor, dando lugar a una corriente de fuga. En los conductores de potencia aireos como el mostrado, este efecto es visible en la oscuridad, pudiindose observar como quedan envueltos por un halo luminoso, azulado, de seccisn transversal circular, tal como su fuera una corona, de ahm que se le diera el nombre de efecto corona.
PERTURBACIONES POR "EFECTO CORONA"
El  "efecto corona" surge en un gas que se encuentra sometido a un intenso campo elictrico no uniforme. Este viene a ser el caso de las LAT, y se suele originar junto a irregularidades y asperezas en los conductores. Este efecto se presenta en la capa inmediata del entorno de los conductores, al ionizarse el aire que los envuelve, y puede hacerse visible en la oscuridad como "corona" luminosa.
Desde esas irregularidades (asperezas, zonas corromdas, insectos pegados, gotas de agua en caso de lluvia, etc.) se originan "avalanchas" de electrones donde se produce un reforzamiento local del campo elictrico. De este fensmeno se deducen tres tipos de efectos molestos:
- El primero se deriva de los choques entre iones y moliculas, que engendran una onda sonora perceptible en las inmediaciones de la lmnea. Con tiempo hzmedo este ruido aumenta bastante, debido a que se incrementa el nzmero de avalanchas. Una lmnea de 400 Kv. presenta un ruido semejante al de una intensa lluvia, y en determinadas circunstancias puede perturbar la vida ordinaria de los habitantes ribereqos.
- El segundo se debe a la propagacisn a lo largo de la lmnea de impulsos de corriente engendrados por esas avalanchas electrsnicas. Estos impulsos se desplazan a una velocidad prsxima a la de la luz y originan una onda electromagnitica que es perceptible a muchos kilsmetros del punto de origen, manifestandose en un espectro de frecuencias de muchos megahercios. Un receptor de radio puede captar estas perturbaciones, como ruido radioelictrico, a 80 o 100 m de la lmnea.
- Y finalmente, los iones creados por las avalanchas electrsnicas se someten a un movimiento de vaivin, alejandose de los conductores hasta distancias superiores a un metro. En su movimiento transmiten energma cinitica a las moliculas neutras mediante choque, lo que se traduce en pirdidas suplementarias de energma


EFECTO CORONA

Con el tirmino "efecto corona" se quiere seqalar al conjunto de fensmenos que llevan a la aparicisn de la conductividad del aire u otro gas alrededor de un conductor sometido a alta tensisn. Siendo el origen de esta ionizacisn la magnitud del campo elictrico en la proximidad del conductor y en particular en las vecindades de las regiones de fuerte curvatura (efecto de puntas). Estas descargas disruptivas generan luz, ruido audible, ruido de radio, vibracisn del conductor, ozono y otros productos que causan una disipacisn de energma que debe ser suministrada por el sistema de alimentacisn. El efecto corona ha sido estudiado extensivamente en muchos de sus aspectos tesricos desde principios de siglo formulandose muchas leyes y ecuaciones tomadas como base por los diseqadores para la evaluacisn de los distintos fensmenos asociados. Aunque no es necesario tener un amplio conocimiento de la teorma de descarga en gases, sm es importante conocer la base de la cinitica de gases para comprender mejor el mecanismo del efecto corona.

MECANISMO Y MODOS DE CORONA

En mezclas de gases, cada constituyente tiene su propia distribucisn y siendo su temperatura la misma, el valor rms varma con la ramz cuadrada de las masas de las moliculas componentes. En particular, cuando hay electrones, estos tienen la mas alta velocidad debido a su masa mucho mas pequeqa que la de los atomos o moliculas del gas. Todas las partmculas estan en permanente colisisn unas contra otras y siendo la mayorma de ellas de tipo elastico, la energma translacional y el momentum se conservan. Sin embargo, sm una partmcula tiene singularmente alta energma (parte de la pequeqa poblacisn en el extremo alto de la distribucisn de velocidades), estas pueden causar colisiones inelasticas

IONIZACION DEL AIRE A TRAVES DEL EFECTO CORONA.

En cualquier momento que exista una poblacisn de electrones en el aire como consecuencia de cualquier fensmeno, en una regisn de alta intensidad de campo elictrico, estos se aceleraran con el campo y adquiriran suficiente energma para excitar o ionizar un atomo neutro. Esta es la fuente del fensmeno de efecto corona. Cuando el campo es lo suficientemente alto, ocurre ionizacisn acumulativa. Un electrsn ioniza un atomo produciendo un segundo electrsn. Este a su vez, junto con el electrsn original puede ionizar otros atomos, produciendo una avalancha llamada de Townsend. Asm, la ionizacisn tiende a aumentar exponencialmente, por supuesto que no todas las colisiones producidas resultan en un nuevo electrsn, algunas causan excitacisn y esto es en efecto el fensmeno visual. En un campo uniforme el proceso descrito puede conducir a la ruptura dielictrica total del gas a travis de una descarga de flameo. Esto puede ocurrir tambiin en campos no uniformes si el voltaje es lo suficientemente alto, siendo la causa de, por ejemplo, el flameo entre conductores o a travis de cadenas de aisladores. Este es el proceso basico que ocurre bajo una descarga atmosfirica. Sin embargo cuando el voltaje no es lo suficientemente alto para causar disrupcisn total, pero si lo suficiente para producir ionizacisn en algunas regiones, allm aparecera el efecto corona. De acuerdo con Peek (1920), el gradiente elictrico en la superficie de un conductor, necesario para producir corona AC visual en el aire

DISTINTAS APLICACIONES PARA LOS TRATADORES DE EFECTO CORONA

Con la elaboracisn de este proyecto se ha querido implementar un nuevo mitodo de esterilizacisn para materiales plasticos utilizados en la manipulacisn de pruebas en laboratorios clmnicos, se han escogido estos por lo que este material no resiste los mitodos convencionales de esterilizacisn que utilizan procedimientos que trabajan a altas temperaturas para la completa esterilizacisn de los materiales. Otro procedimiento para la esterilizacisn utiliza el gas oxido de etileno para tratar los materiales clmnicos, este mitodo requiere de una adecuada manipulacisn puesto que el compuesto qummico utilizado es tsxico para el ser humano. Los equipos que utilizan il oxido de etileno tienen la necesidad de un suministro externo de gas y un complicado sistema de valvulas, instalaciones y tubermas que pueden representar una fuente de fugas con la concebida puesta en peligro para los operarios y para la capa de ozono de la tierra. A travis de la investigacisn de este proyecto se quiere implementar un equipo que sea capaz de esterilizar materiales plasticos y reemplace tanto en costos como en funcionalidad a los actuales equipos utilizados para tal propssito. El equipo que se espera realizar esta diseqado basicamente para esterilizar materiales plasticos, no tiene la capacidad de esterilizar implemento que es necesario para la manipulacisn en laboratorios y clmnicas como textiles e instrumentos metalicos de gran utilidad en el ambiente quirzrgico. Al terminar el proyecto se quiere comprender la capacidad y propiedad que tiene el uso del ozono para la debida esterilizacisn de materiales expuestos a esta variedad alotrspica del oxmgeno.

CARGA SUPERIOR

Hace a la antena helicoidal particularmente ztil en comunicacisn por satilite. dos antenas helicoidales no pueden comunicarse a menos que sean para aqadir la longitud requerida en las antenas verticales de bajas y mediana frecuencia se usan extensiones que consisten de elementos sofisticados en forma de estrella o mallas pantalla, llamada carga superior.


BALUNS ( UNIDADES BALANCEADAS )

Muchas de las antenas mas comznmente usadas son estructuras balanceadas, por otro lado, es comzn alimentar las antenas con cables coaxiales con el fin de evitar problemas en la transmisisn que pudiera afectar el campo radiado, o para el caso de sistemas de recepcisn, problemas de campos inducidos indeseables en la lmnea de transmisisn. Un cable coaxiales una estructura desvalanceada respecto a tierra. La interconexisn entre una estructura balanceada y una desvalanceada produce efectos que es necesario eliminar, lo que se logra por el empleo de los llamados transformadores  BALUN . Los problemas y la solucisn mencionados pueden entenderse mejor si lo analizamos a partir de la teorma de lmneas de transmisisn. En teorma de circuitos, se define un sistema desvalanceado de dos conductores, aquel en el cual ambos estan a diferente potencial con respecto a  tierra(posiblemente alguno este a tierra) La capacidad con respecto a tierra de cada conductor es diferente, consecuentemente la corriente en los dos puede ser diferente. Por otro lado, un sistema balanceado es aquel en el que los dos conductores tienen el mismo potencial, pero de signo contrario, respecto a tierra. En teorma de antenas y lmneas de transmisisn las definiciones anteriores se aplican de la siguiente forma:  Una lmnea de transmisisn simitrica o una antena se dice que esta balanceada si sus conductores transportan la misma corriente pero en sentido contrario y es desvalanceada si las corrientes son diferentes. Un desvalance en una lmnea de transmisisn balanceada inducirma una corriente en superficies conductoras cercanas provocando perdidas a tierra pero sobretodo, campos radiados que pudieran afectar el patrsn de radiacisn de la antena, supuestamente conectada a sus terminales. Si un cable coaxial (estructura  desvalanceada) se conecta a su lmnea de transmisisn balanceada se producira una onda de corriente en el conductor exterior anulando las caractermsticas propias de no radiacisn del cable coaxial. Usualmente un desvalance en los potenciales respecto a tierra provoca el desvalance en la corriente, pero el potencial respecto a tierra de una lmnea de transmisisn o un sistema de antenas no es facil de definir ya que la referencia a tierra es valida znicamente en un punto determinado, lo que puede observarse mas facilmente en  la representacisn circuital

De una lmnea de transmisisn.

Como no existe inductancia cero entre dos puntos diferentes de cada conductor no es correcto suponer que estan al mismo potencial. Casi nunca se requiere la comparacisn de dos puntos diferentes en un plano longitudinal por lo que el problema aparece pocas veces en teorma, sin embargo en la practica, normalmente se observa que "aterrizar" no siempre tiene los resultados deseados. El termino BALUN es utilizado ampliamente por los ingenieros en comunicaciones, esta  formado por las abreviaturas en ingles de  balanced y unbalanced y al igual que muchos otros tirminos a sido adoptado por ingenieros de habla hispana. El BALUN mas sencillo es el usado en audiofrecuencias y en frecuencias bajas de R. F.  Y consiste en un simple transformador 1:1. Si el tamaqo del transformador es pequeqo comparado  con la longitud de onda de la frecuencia mas alta, los dos puntos de tierra pueden considerarse como el mismo punto. En altas frecuencias un BALUN puede construirse usando lmneas de transmisisn, quizas el mas simple consiste en un blindaje desacoplador de (/4, aterrizado a todo lo largo, uno de sus extremos esta conectado al cable coaxial y el otro extremo esta abierto.  El blindaje y el conductor exterior del cable coaxial de (/4, cortocircuitado en un extremo lo que produce una alta impedancia en el corto extremo y por tanto, esta aislado de tierra y puede conectarse a un circuito balanceado. El dispositivo es simitrico con respecto a tierra, condicisn fundamental en los sistemas balanceados. El transformador esta formado por dos cables coaxiales, uno de los cuales lleva la seqal y el otro es una seccisn soldada al conductor exterior del primero. Las mallas de los coaxiales se conectan a la lmnea bifiliar, mientras que el conductor central del primero coaxial se conecta a la malla del segundo.  Aparentemente hay un corto circuito en el punto C de la figura, sin embargo, como la longitud del cable coaxial 2 es de (/4, la impedancia neta en el punto de conexisn con la lmnea bifilar, es el paralelo de la impedancia del cable coaxial 1 con una impedancia infinita. Una de las desventajas del transformador balun es que funciona para frecuencias cuya ( sea igual o cercana a 4 veces la longitud del transformador es decir, trabaja en un rango limitado de frecuencias.  Para operar sobre un ancho de banda mayor, se embobinan los cables coaxiales, con lo cual se obtiene una reactancia grande sobre una banda de frecuencias considerables, el esquema de conexisn es el mismo. Con este tipo de transformadores se pueden obtener bandas de operacisn hasta de tres octavas. En algunas aplicaciones, por ejemplo: televisisn, se requiere tener un transformador no solo de balance-desvalance sino tambiin de impedancias. Es posible introducir esta nueva caractermstica al transformador balun. Este transformador, normalmente se construye sobre un nzcleo de ferrita lo que proporciona un ancho de banda de hasta seis o siete octavas. La relacisn de impedancias es:

Z1 / Z2=(N1+ N2)2/N12

Tesricamente N1 se hace igual a N2, con lo que se obtiene una transformacisn de 4 a 1, sin embargo, en la practica, la relacisn de vueltas difiere un poco para compensar capacitancias parasitas en el transformador. Un mitodo obvio para realizar la transformacisn entre circuitos simitricos y asimitricos es el de utilizar un transformador. En el circuito asociado con la lmnea  de dos conductores se realiza simitrico con respecto a su centro, se provee de un blindaje electrostatico conectado a tierra para evitar las disimetrmas resultantes de las capacidades del devanado 1, el que es asimitrico con respecto a la tierra. Otra alternativa posible es el de emplear circuitos de reactancias concentradas. En este cto. , X es una reactancia, preferiblemente del mismo orden de la magnitud que las resistencias asociadas con la entrada y la salida del cto. , y puede ser o bien una reactancia capacitiva o una inductiva. Con frecuencias suficientemente altas como para que resulten practicas las lmneas resultantes. A menudo se designan en ingles como BALUNS ( unidades balanceadas. Su operacisn puede comprenderse  considerando la situacisn que existe cuando se aplica tensisn al balun desde el lado balanceado. Asm, la tensisn se aplica sin sufrir cambios sobre los puntos y se transfiere al sistema coaxial. Al mismo tiempo el balun  no introduce una carga asimitrica sobre el sistema equilibrado, por cuanto la impedancia se aproxima a infinito, siempre que el manguito tenga una longitud exactamente igual a un cuarto de longitud de onda. Puede mantenerse la simetrma sobre un amplio rango de frecuencias con cierta disposicisn, por cuanto en ella la impedancia a travis del balun entre la lmnea superior y tierra es la misma que la impedancia entre la lmnea inferior y tierra a un cuando las longitudes no sean de un cuarto de onda. Esto acorta la longitud y permite  realizar el ajuste de la longitud efectiva del balun  por desplazamiento de la barra de corto circuito.





ANTENA HELICOIDAL

Una hilice con una frecuencia de aproximadamente 1( actza como una antena de haz de radiacisn longitudinal con radiacisn maxima  en la direccisn axial. La relacisn es circularmente  polarizada en el eje,  y la directividad de la hilice aumenta linealmente con la longitud de la hilice, esto es, duplicando la longitud  se duplica la directividad.
La antena helicoidal esta alimentada convenientemente con una lmnea de transmisisn coaxial y tierra cuadrada o circular. Las dimensiones importantes de la hilice son su diametro D, su circunferencia C, el espaciamiento entre vueltas S, la longitud de la vuelta l, y el angulo de paso ( . Estos se relacionan. Cuando la circunferencia de la hilice es (C=(D) es aproximadamente 1( , la distribucisn de la carga y corrientes instantaneas en una sola vuelta, con el campo E resultante.
Conforme la onda avanza hacia fuera de la hilice, el vector del campo elictrico gira, produciendo una polarizacisn circular en el eje. La antena helicoidal actza como una antena   de onda viajera o progresiva sin requerir una terminacisn. La distribucisn de corrientes es esencialmente la de una sola onda que viaja hacia fuera con amplitud uniforme, la onda que se refleja hacia el punto de alimentacisn desde el extremo abierto de la hilice es muy pequeqa.
El patrsn de una antena helicoidal puede calcularse con facilidad si se considera como un sistema de radiacisn longitudinal de n fuentes ispotropicas representando cada fuente una vuelta. Por el principio de multiplicador de patrones o diagramas, el diagrama real de la hilice es entonces el producto de este diagrama o patrsn del sistema o red del diagrama o patrsn de una vuelta. El diagrama puede aproximarse a una funcisn coseno E (() = cos (. Esta es una sobre simplificacisn, pero el diagrama de una sola vuelta tiene poco efecto, especialmente cuando se trata de hilices largas, porque el diagrama de radiacisn del sistema es mucho mas agudo que el diagrama de una sola vuelta. Entonces puede escribirse para el diagrama o patrsn del campo


E ( ( ) = cos ( sen ( ( ( / 2)                                               ( 1 )
sen ( ( / 2 )

donde


( = ( S cos ( - (L                                                 ( 2 )
p

Adviirtase que (1) difiere del diagrama o patrsn de una antena lineal de una progresiva en el que el diagrama de la hilice de una sola vuelta tiene un maximo en el eje mientras que para la antena lineal el diagrama del dipolo infinitesimal tiene un cero o nulo en el eje, produciendo el patrsn o diagrama csnico y menor directividad.
Si todos los campos se suman en fase en el eje, se tendrma la condicisn ordinario de radiacisn longitudinal, que requiere ( = 0, + 2( , +4( etc., en el presente caso ( es igual a -2( . Comparando un diagrama calculado con este valor de ( con el diagrama real medido se observa que el diagrama real es mucho mas agudo o mucho mas direccional para obtener un diagrama o patrsn calculado acorde con una real se requiere un cambio adicional de fase por vuelta de aproximadamente (/( , de manera que el cambio total de fase por vuelta es


( = - 2( - ( / (






ANTENA  LOG-PERIODICA

La antena de reciprocidad logarmtmica S es otro ejemplo de una antena independiente de la frecuencia. Las longitudes del dipolo aumentan a lo largo de la antena de manera que el angulo incluido es una constante y las longitudes y espaciamientos de los elementos adyacentes se gradzan de manera que



donde k es una constante. A una longitud de onda cercana ala mitad del intervalo de operacisn, ocurre una radiacisn principalmente de la regisn central de la antena. Los elementos en esta regisn activa son de alrededor de ?/2 de longitud y el enfasamiento es bajo los elementos. Al tiempo en que el campo radiado a la izquierda del elemento 8 llega al elemento 7, la fase de 7 a avanzado 90 grados y su campo se suma en fase al del elemento 8. Cuando estos elementos 8 y 7  llegan a su vez al elemento 6, su fase a avanzado de manera que los campos de los tres elementos se suman fase, produciendo un campo resultante grande que radia hacia la izquierda. Examinando el campo radiado hacia la derecha por el elemento 6, se encuentra que se combina con los elementos 7 y 8 para producir solo un pequeqo campo resultante que radia hacia la derecha. Entonces, la radiacisn maxima es hacia la  izquierda o en direccisn de regreso de la onda que entra en la antena por la lmnea de transmisisn o de alimentacisn. Los elementos 9, 11 y 10 estan en la vecindad de 1? de longitud y llevan solamente corrientes pequeqas ( presentan una impedancia grande a la lmnea. Las pequeqas corrientes en los elementos 9, 10,11 significan que la antena esta efectivamente truncada a la derecha de la regisn activa. Cualesquiera de los campos pequeqos de dichos elementos, tienden tambiin a cancelarse en las direcciones uno contra el otro. Sin embargo, puede producir algo de radiacisn transversal puesto que las corrientes estan aproximadamente en fase. Los elementos que estan a la  izquierda 1,2,3etc.,Son menores que ?/2 de longitud y ofrecen una gran reactancia capacitiva a la lmnea. Por lo tanto, las corrientes en estos elementos son pequeqas y la radiacisn es pequeqa. Asm pues, en la condicisn que se supone arriba de que la longitud de onda esta cerca del centro de la regisn de operacisn, solo la porcisn medida de la antena es activa, mientras que los extremos izquierdo y derecho son relativamente inactivos. Si se aumenta la longitud de onda, la regisn activa se mueve a la derecha, y si la longitud de onda disminuye, la regisn activa se desplaza hacia la izquierda. En consecuencia se ve que a cualquier frecuencia dada, solo se usa una fraccisn de la antena ( en donde los dipolos tienen aproximadamente  una longitud de ?/2. En el limite corto de la longitud de onda del ancho de banda, solo puede usarse el 15% de la longitud, mientras que en el limite largo de la longitud de onda se usa una fraccisn mayor pero algo menor que el 50%.



ANTENA CONICA.

En muchas ocasiones es necesario operar con una antena transmisora y su sistema de adaptacisn  de impedancias con una amplia banda de frecuencias, asm los transmisores de televisisn deben de transmitir una banda lateral de ancho muy grande, con ausencia casi completa  de ondas reflejadas de la antena y en la lmnea de transmisisn de la banda.

Los circuitos de banda ancha deben de cumplir lo siguiente:

+El diagrama direccional de la antena debe de mantenerse en el rango de frecuencias considerado. Donde el lsbulo principal no debe de cambiar de direccisn, ni dividirse en dos lsbulos sobre ese rango de frecuencias.

+La relacisn de ondas estacionarias de la lmnea de transmisisn que proporciona energma a la antena no debe de ser excesiva  en ninguna frecuencia de la banda que interesa, si esta es excesiva, el acoplamiento del transmisor a la entrada de la lmnea de transmisisn debe de variarse con respecto a la frecuencia, para que el transmisor pueda entregar a la lmnea de transmisisn toda la energma que es capaz de desarrollar.

Para resolver este problema, los sistemas de antenas no resonantes proporcionan una buena efectividad para cuando se opera en este tipo de banda. Estos sistemas proporcionan una terminacisn resistiva a la lmnea de transmisisn que puede ser facilmente adaptada a la impedancia caractermstica de la lmnea sobre cualquier rango de frecuencias deseado, por medio de una seccisn de variacisn gradual de impedancia caractermstica.

Este tipo de antena tiende a poseer una estrecha banda de frecuencias como resultado de la variacisn que sufre  la impedancia de la antena con la frecuencia, sin embargo, este efecto puede ser disminuido construyendo la antena con un conductor de gran diametro. Asm la antena de conductor grueso (antena gruesa), corresponde a un circuito resonante que posee una relacisn L/C  pequeqa pero de la misma resistencia de la antena.

La excitacisn de los virtices origina una onda esfirica, que se propaga a lo largo del cono y en el espacio adyacente sin reflexisn, hasta que alcanza el extremo del cono. La variacisn de la impedancia del cono con la frecuencia esta determinada por la fraccisn de esta onda que se refleja desde el extremo del cono y en general sera menor a medida que sea mayor el semiangulo ( y el largo del cono. Cuando el semiangulo es del orden de los 50( y la longitud del cono es apenas mayor que 1/4 de (, la antena csnica tiende a resultar un sistema no resonante. El diagrama direccional de una antena csnica depende de la longitud y de la magnitud de la reflexisn en el extremo del cono, cuando la reflexisn es pequeqa, el cono tiende a comportarse como una lmnea no resonante.

ANTENA DE CUADRO.

Una antena de cuadro puede ser considerada, como una bobina por la que circula una corriente de radiofrecuencia. Un cuadro esta dispuesto para usarse en frecuencias altas, puede tener una sola espira, mientras que los cuadros para las frecuencias menores pueden estar constituidos por muchas vueltas.



capacitor de sintonma

Este es el ejemplo de una antena de cuadro tmpica, indicada de una sola espira, conjuntamente con las caractermsticas direccionales que son validas para todos los cuadros de tamaqo pequeqo en comparacisn con su longitud de onda.


Las caractermsticas direccionales de la antena, son el hecho de que los lados opuestos del cuadro funcionan como un par de antenas espaciadas que conducen corrientes de polaridad opuesta. No se irradia ninguna energma en una direccisn perpendicular al plano de la espira debido a que la radiacisn en esta direccisn, que proviene de un elemento del cuadro, es cancelada por la radiacisn del elemento diametralmente opuesto del cuadro, que conduce una corriente en sentido contrario.

Por otra parte, la radiacisn sera maxima en el plano del cuadro debido a que en este caso los dos lados del cuadro que conducen corrientes de sentido opuesto, estan  mas alejadas,  de tal manera que las irradiaciones tienen la maxima diferencia de fase posible. Los diagramas direccionales son independientes de la forma  exacta del cuadro, siempre que este sea pequeqo en comparacisn con la longitud de onda.

Por zltimo, se puede decir que el campo irradiado por un cuadro siempre resulta polarizado en el plano del cuadro.



REFLECTORES PARABSLICOS


Figura 1


Figura 2
Una onda que se propaga en el espacio tiene un frente de onda esfirico. Si la distancia en longitudes de onda, entre el punto de observacisn y el punto de emisisn es muy grande, el frente puede considerarse como un frente de onda plano. Esto significa que, si se toma una superficie normal a la direccisn de propagacisn (frente de onda), las ondas que arriban a esa superficie lo hacen con igual fase.
Es posible construir un conjunto de superficies ordenadas de tal forma, que una onda plana al incidir en ellas, se refleja pasando por un punto f (fig.1.
Si en el punto f se coloca una fuente receptora, es de esperar que se reciba en ella toda la energma del frente de onda.
Como se puede apreciar en la figura 1, los n caminos, tienen longitudes distintas, ello provoca que las ondas que inciden en f, lo hacen con fases diferentes, y la suma de los campos que arriban a dicho punto, puede llegar a ser destructiva. !Situacisn no deseable!.
Para que los campos que arriban al punto f se sumen con la misma fase, hay que procurar que los caminos tengan iguales longitudes. Es posible modificar la ubicacisn y el angulo de cada superficie reflectora de tal forma, que los diferentes caminos sean iguales. Asm: fph = fp1h1 = fp2h2 =...= fpnhn.
Ademas, deben ser orientadas de manera tal, que cada una de las superficies, presente un angulo de incidencia , igual al angulo de reflexisn (fig.2.

Figura 3
Esta representacisn da lugar a visualizar csmo converge en f la energma de la onda plana que proviene del frente de onda. Las superficies aisladas regulables permiten transportar, por reflexisn, la energma del frente de onda al punto f. Punto en donde se sumarman las ondas con igual fase. La parabola como figura geomitrica en un plano, o el paraboloide como figura espacial "tienen naturalmente" las propiedades enunciadas para las n superficies aisladas. Una propiedad del paraboloide es que: los caminos que parten del foco f y se reflejan en el paraboloide, llegan a una superficie S con recorridos de igual longitud (fig.3.

Por lo dicho, una onda reflejada segzn el camino 1, tarda el mismo tiempo o lo hace con igual fase, que las ondas que recorren los caminos 2,...,n.
Otra propiedad de la parabola es que, la tangente en un punto P (fig.3) tiene una orientacisn tal, que el angulo de incidencia, es igual al angulo de reflexisn .
Las propiedades enunciadas son ztiles para el diseqo y construccisn de Antenas con Reflectores Parabslicos.
Como lo sugiere el tmtulo, los reflectores en sm mismos no son antenas. El sistema requiere de una antena primaria que se complementa con el reflector. El conjunto, antena primaria mas reflector, se define como Antena con Reflector Parabslico.
Existen muchos tipos de reflectores parabslicos. Los mas usados son: Cilindros parabslicos, paraboloides de revolucisn truncados y paraboloides de revolucisn (fig.4).

Figura 4

La construccisn de estos dispositivos tiene por objeto lograr altas ganancias (posiblemente sean los arreglos de antenas con mayor ganancia practica). Son muy usadas en radar y vmnculos de microondas terrestres y/o satelitales.
Parabola


Figura 5

Dada una parabola de boca D y distancia focal f (fig.5). Se tienen las siguientes ecuaciones:
(1)
 (2)
Como:
en la boca de la parabola es:
(3)
En donde:
D = Boca de la parabola
f = Distancia focal
c = Profundidad de la parabola en el centro
Debe advertirse que en las ecuaciones (2) y (3), se han acomodado los tirminos para agrupar una relacisn de foco a diametro (f/D). Se vera mas adelante la importancia de esta relacisn para el diseqo de un reflector parabslico, en particular, cuando deba vincularse iste, con la fuente primaria (iluminador) .

Fuente Isotrspica Puntual

Se define una fuente isotrspica puntual, a aquella fuente ideal, que radia energma en todas las direcciones del espacio con igual intensidad (fig.6). Esta fuente es utilizada como referencia para especificar la ganancia de una antena en particular. El angulo sslido de radiacisn es de estereorradian, y la forma de radiacisn corresponde a una esfera.

Figura 6

Diagrama de Radiacisn
Todas las antenas tienen un diagrama de radiacisn que les es particular. Este diagrama, es la forma y direccisn del angulo sslido con el que se manifiesta la radiacisn en el espacio. En la fig.7, se ve un ejemplo. Se puede apreciar que una antena con reflector parabslico, presenta un diagrama de radiacisn con un angulo sslido muy pequeqo. Ello significa que toda la potencia de la fuente se densifica en una direccisn del espacio. Asm, el vector de Poynting en esa direccisn, tiene una magnitud mayor que el correspondiente a una antena isotrspica, y la relacisn entre el angulo sslido de la fuente isotrspica, al angulo sslido de una antena en particular, da lugar a la definicisn de ganancia.

Figura 7

Ganancia
La ganancia de un sistema con reflector parabslico, referida a la fuente isotrspica y adecuadamente iluminado es:
(4)
Para un paraboloide de boca circular es:


(5)
* D Es el diametro del paraboloide.
* Es la longitud de onda
* Aem Es el area efectiva maxima de captacisn (electromagnitica) o de radiacisn del sistema parabslico. Si el sistema no tiene pirdidas, representa el area de la boca del paraboloide.
La ecuacisn (5), expresa la ganancia maxima que se podrma obtener de un sistema parabslico de construccisn perfecta, y adecuadamente iluminado.
En la practica, la ganancia G es funcisn del rendimiento. Este expresa las pirdidas, defectos de construccisn y fallas de iluminacisn.
Asm:
(6)
Normalmente se trabaja con valores de ,entre:
(7)
En la fig. 8 se muestra un grafico que relaciona la ganancia del sistema, frecuencia, diametro del paraboloide y el angulo de media potencia del diagrama de radiacisn.

Figura 8
Como se puede apreciar en las ecuaciones (5) y (6), la ganancia depende del diametro de la boca del paraboloide y es independiente de la distancia focal. Distintos reflectores parabslicos con igual diametro de boca, y con distancias focales diferentes, poseen la misma ganancia.
La distancia focal y su relacisn con el diametro (f/D), es una relacisn que sirve para vincular la fuente primaria, en lo que se refiere a la forma del diagrama de radiacisn de ista, y csmo, la fuente ilumina el paraboloide segzn sea el diametro de su boca.
.
Relacisn entre el Foco y el Diametro del Paraboloide f/d


En la fig. 9, se ve que uniendo la boca del paraboloide con el foco, se forma un angulo sslido . Este angulo depende de la distancia focal f para un diametro D constante. es mayor, en la medida que f se aproxime al virtice del paraboloide, y menor, si f se aleja. En la fig. 10 se muestra una fuente primaria que ilumina reflectores con igual diametro, pero, con diferentes distancias focales. Para iluminar adecuadamente el reflector, la fuente primaria debe tener un diagrama de radiacisn con un angulo sslido similar a .
Si la fuente primaria tuviera un diagrama de radiacisn menor o mayor que , el reflector quedarma iluminado parcialmente como se muestra en la fig.10a, o habrma desborde de energma como se indica en la fig.10b (spillover).
Como es de apreciar, el diseqo de una fuente primaria y su diagrama de radiacisn, debe coincidir con la relacisn foco a diametro (f/D) del paraboloide, esto, a fin de obtener una adecuada ganancia y buen rendimiento del sistema.
Ademas, se buscan otros efectos como los indicados en el conjunto de la fig.11.
Para lograr maxima ganancia del sistema, la fuente primaria debe tener un diagrama de radiacisn tal, que en los bordes del paraboloide incida un dicimo (-10 db) de la energma que llega al centro (fig.10).

Figura 10
Con el fin de disminuir los lsbulos laterales, se logra un buen compromiso entre istos y la maxima ganancia, si se ilumina el reflector con un diagrama primario que tenga -20 db de energma dirigida a los bordes (fig.11).
.

Figura 11

Fuentes Primarias para Alimentar Reflectores Rarabslicos
El centro de fase de la fuente primaria debe coincidir con el foco del reflector para lograr una adecuada distribucisn de la energma, y obtener asm una iluminacisn sin desbordes, subalimentacisn, y sin lsbulos laterales.
El centro de fase de una antena es funcisn de la frecuencia. Este es un punto a considerar en la seleccisn de la fuente primaria. Otro aspecto a tener en cuenta, es si el sistema de comunicacisn requiere polarizacisn lineal en uno o varios planos, o polarizacisn circular, esto es importante puesto que se logran diferentes caractermsticas de transmisisn - recepcisn, segzn sea el caso de la polarizacisn usada.
Algunos vmnculos con satilites o de microondas, envman dos canales de informacisn en una misma frecuencia, separados uno de otro 60 db mediante el uso de polarizacisn lineal ortogonal.
Las fuentes primarias mas usadas son:
* Dipolo de media onda con reflector
* Antena bocina (horn)
* Dipolo de media onda complementado con guma de onda circular y bocina circular corrugada.
Es de advertir que una antena primaria actuando con un reflector de muy baja relacisn, f/D <<0,25, es muy sensible a los cambios de frecuencia. Pequeqas variaciones de frecuencia, provocan cambios en la impedancia del punto de excitacisn, y esto ocasiona pirdidas por desadaptacisn. Ademas, los reflectores con muy baja relacisn foco diametro exigen mayor precisisn en la construccisn, que aquellos con mayor relacisn f/D.
Un buen compromiso es: 0,25 < f/D < 0,6
Los reflectores se iluminan de dos formas:
.
* Iluminacisn directa
* Iluminacisn indirecta

Figura 12
La iluminacisn directa se hace colocando la fuente primaria al frente de reflector.(fig.12a)
La indirecta se hace utilizando un reflector adicional, como por ejemplo un reflector Cassegrain (fig.12b).

Angulo Sslido
En un sistema de coordenadas polares, un elemento de superficie puede ser expresado como:
(fig.13) (8)
En la fig.14 se ven tres elementos de superficies segzn las distancias: que pueden ser expresados como sigue:
(9)
Los distintos elementos de area dependen del cuadrado de la distancia considerada. Pero hay un elemento que es comzn a todas ellas y es: .
Si a cada elemento de area se lo refiere a su correspondiente distancia al cuadrado se tiene:
(10)

Figura 13
Figura 14
Esta relacisn es definida como elemento de angulo sslido y es comzn a las superficies consideradas. Asm:
(11)
Si la superficie que representa la fig.13 fuese una esfera, el angulo sslido sera:
(12)
estereorradian. Puede ser escrito como: (13)
o estereorradian (14)
El angulo sslido puede ser expresado en grados. Asm:
(15)
(16)
En algunos casos se expresa el angulo sslido en grados cuadrados. Es mas facil imaginar un angulo en grados que en radianes, y es ztil para el calculo de ganancia de antenas con mitodo aproximado.

Ganancia de una Antena
La ganancia de una antena es una expresisn relativa, indica la relacisn del angulo sslido de una fuente isotrspica, al angulo sslido del diagrama de radiacisn de la antena. Se puede expresar como:
(17)
F = (18)
La expresisn (18) corresponde al angulo sslido del diagrama de radiacisn de la antena en cuestisn.
es el factor diagrama de la antena. (19)
Para un diagrama unidireccional como el de la fig.15, se puede hacer una simple aproximacisn poniendo:. Sustituyendo en la (17) es:
(20)
Donde: son los angulos de media potencia del diagrama de radiacisn (fig.15).

Figura 15

Angulos de Media Potencia


Figura 16
Se definen los angulos de media potencia , a los angulos de un diagrama de radiacisn, en donde el vector de Poynting se hace igual a 1/2 de su valor maximo. En la fig.16 se indican istos en los planos zy y xy.
Ganancia de una Antena con Reflector Parabslico Truncado
De las ecuaciones (6) y (17), se deduce que el angulo de media potencia de un paraboloide de revolucisn idealmente iluminado y con diagrama de radiacisn unidireccional (como el de la fig.15) es:
(21)
En la fig.17 se muestra un reflector truncado en sus dimensiones verticales.
El calculo de la ganancia para este tipo de paraboloide puede ser realizado, calculando el angulo que corresponde a un paraboloide de revolucisn no truncado, cuyo diametro de boca es: y mediante la ecuacisn (10) se obtiene .
Para la dimensisn truncada, se inscribe un cmrculo de diametro y se calcula con la ecuacisn (10) el angulo que corresponderma a un paraboloide de boca . Asm:
y (22)

Con se puede calcular la ganancia del reflector dada por:
(23)
(24)
Si se hace: , en donde n es la relacisn de diametros, se tiene:
que expresada en decibeles es: (25)

Figura 17
(26)
Es de notar que la ganancia queda disminuida por el factor n. Para n=1 la ganancia es la del paraboloide de revolucisn no truncado.



Figura 18


REFLECTORES PLANOS

Un reflector tal como chapa o una pantalla de cobre colocada  prsxima a una antena,  influye en las caractermsticas direccionales de la misma forma que lo hace la tierra. Por ejemplo, una pantalla de cobre  paralela a un irradiador  de media onda , produce un diagrama direccional. La accisn puede analizarse con el mitodo de las imagenes  en la que la pantalla de cobre  se remplaza por la imagen negativa de la antena A4 , que es alimentada con una corriente de igual magnitud y fase opuesta a la de la antena A . En el diagrama direccional
Imagen negativa logrado con la antena A  y el reflector es entonces el mismo diagrama de un sistema de dos elementos separados 2S y consiste en las antenas A y A4, por las que circulan corrientes iguales y opuestas. Sin embargo, debe observarse que la porcisn del diagrama direccional no existe , por cuanto se encuentra,  respecto al reflector o plano de tierra , de lado de la antena imagen. La maxima ganancia de potencia que se obtiene con una combinacisn de un irradiador de media onda y un reflector plano cuando la separacisn S es de 0.1 a0.2 longitudes de onda  , es aproximadamente 6.5 veces  en relacisn con un irradiador isstropo




              reflector
               antena                                           reflector






RELECTOR ANGULADO.

Siguiendo con lo de reflectores, hay uno que parte del principio del reflector plano, solo que este se dobla como para formar un reflector diedro, con el que se logra una mayor directividad. La siguiente figura muestra la forma de uno, donde el angulo ( del diedro se hace de 180(/(, en la que ( es un numero entero.

Reflector formado por una lamina
Plana.                                                                          Angulo ( del diedro





Dicha disposicisn produce una pronunciada concentracisn de la irradiacisn en el plano perpendicular a la recta de interseccisn de las dos superficies planas. Con un angulo de 90(,la maxima ganancia de potencia realizable es de aprox. 16 veces en comparacisn con el irradiador isstropo, y tiene lugar cuando la separacisn "s" se aproxima a 1/4 de la longitud de onda.







CARGA FANTASMA

Algunos la llaman 'carga fantasma', otros 'carga ficticia'. No importando la nomenclatura usada, algunos radioaficionados la usan znicamente para "cargar" o ajustar el equipo en lugar de molestar a quienes estan cerca de la frecuencia con portadoras, transmitiendo olas interminables y produciendo un QRM (interferencias) innecesario.
Es tambiin probable que algunos colegas no sepa que la carga fantasma es un instrumento de prueba sumamente ztil y que ademas de la aplicacisn indicada tiene muchas otras. Si se tienen problemas entre el equipo y la antena es probable que ese accesorio le permita localizarlos y buscarles una solucisn adecuada.
La carga fantasma es tambiin sumamente ztil para la prueba de receptores.
Porque elictricamente reemplaza a la antena su ventaja es que no captara ruidos y seqales externas. Esto es sumamente importante. Para la prueba de lmneas de transmisisn en principio debe decirse que representa la carga de la antena o sea que se puede descubrir el problema por substituciones decir, que cuando se recurre a las resistencias que contiene ese envase y que representan los  50 o 75 ohms que conocemos, se puede determinar si deberan hacerse cambios substanciales en el sistema para llevar la RF a la antena.