ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES • TRABAJO Nº7 • ALEMAN PEDRO • GUALOTO ROBERTO

2. TEMA: “TENDENCIA DE LA ANTENAS PARA COMUNICACIONES INALÁMBRICAS”

3. Contenido • Los parámetros más importantes que toman en cuenta, los diseñadores en la creación de modelos, • Herramientas para el diseño • Modelos de antenas.

4. INTRODUCCIÓN • La tendencia principal en comunicaciones inalámbricas: • Reducción del tamaño de los equipos de comunicación. • Reducción de la antena • Reducción del rendimiento de antena

5. INTRODUCCIÓN • La investigación en este campo ha permitido obtener, ANTENAS relativamente pequeñas con ganancias altas

6. INTRODUCCIÓN • Utilizan la banda ISM (Industrial Scientific and Medical) • No requiere de licencias de frecuencias comprendida entre 2,4 GHz y 2,5 GHzLas comunicaciones inalámbricas nos brinda.

7. INTRODUCCIÓN • Servicio satelital Digital Audio Ra­dio Service (SDARS) • El servicio esta diseñado para la difusión de alta calidad de audio, música, noticias, deporte, video para receptores móviles. • Dispositivos con tecnología Bluetooth

8. INTRODUCCIÓN • CADA VEZ AMPLIAMOS NUESTRA CAPACIDAD DE MANIPULAR INFORMACIÓN DE MANERA INALAMBRICA. • DE LA MANERA MÁS RAPIDA Y EFICIENTE QUE ES LO QUE LE INTERESA AL USUSARIO.

9. REQUERIMIENTOS DE ANTENAS • HERRAMIENTAS DE MODELACION

10. REQUERIMIENTOS DE ANTENAS • Los parámetros a tomar en cuenta al modelar una antena, son: • Ganancia • Eficiencia • Potencia • Polarización utilizada • Frecuencia/as en la que opera

11. REQUERIMIENTOS DE ANTENAS • Para implementar un modelo hay que primero, ver las necesidades • Comunicación • Punto a punto • Punto multipunto

12. HERRAMIENTAS DE MODELACION • Encontramos diferentes métodos para modelar una antena • MININEC • NEC • FDTD

13. HERRAMIENTAS DE MODELACION • MININEC • Llamado el método de los momentos • Es un método numérico • Mediante la discretización del problema, y la resolución de ecuaciones resultantes.

14. HERRAMIENTAS DE MODELACION • FDTD • Finite Difference Time Domain o FDTD • Para analizar geometrías que pueden utilizar conductores, dieléctricos y materiales magnéticos con pérdidas,

15. ANTENAS EMBEBIDAS DE BAJO PERFIL • La ganancia de la antena esta en directa relación con su tamaño • La antenas de bajo perfil básicamente son antenas de pequeño tamaño. • Su uso en general es en dispositivos, inalámbricos portátiles. • Son antenas de alta eficiencia.

16. WC-PIFA • Los principales desarrollos, han sido en la forma para ampliar el ancho de banda de las antenas en la familia PIFA sin sacrificar el rendimiento. • La antena compacta (WCPIFA) puede ser embebida dispositivos inalámbricos

17. WC-PIFA

18. WC-PIFA • Esta antena también cubre bandas GPS, PCS, de 2G segunda generación. • Esta propiedad multibanda ayudará a la transición de la 2G a la 3G.

20. Lóbulo de Radiación

21. Características • • Frecuencia 1.525 – 2.515 GHz • • Ganancia tipica2.5 dBi • • Patron de radiación Omnidireccional • • Polarization Lineal • • Impedancia nominal 50 Ω

22. Aplicaciones • • E911 (GPS) • • DCS-1800 • • PCS-1900 • • IMT2000/UMTS • • ISM (WLAN) • • BLUETOOTH

23. Antena espiral (SLH).

24. Antena espiral (SLH). • La geometría maximiza el rendimiento y eficiencia de la antena mientras minimiza el tamaño, usa una polarizacion circular.

25. Especificaciones tipicas para 2.4 GHz WLAN SLH • Frecuencia 2.2 – 2.6 GHz • VSWR < 2:1 • Ganancia tipica 10 dBic • Impedancia Nominal 50 ohm • Size 3.75” x 3.75” x 6”

26. Patrón de Radiación

27. Ganancia vs frecuencia

28. Aplicaciones • WLAN, 802.11 • Bluetooth • Satellite communications • PCS

29. ANTENAS BANDA EXTENDIADA Y MULTI BANDAS • Por medio de estas antenas los usuarios móviles acceden a varios servicios • Servicios de comunicación móvil • Posicionamiento, localización • Servicios celulares a 800Mhz PCS y GSM a 1990Mhz GPS a 1500Mhz • Bandas sin licencias de 2400Mhz

30. ANTENAS BANDA EXTENDIADA Y MULTI BANDAS • Radiodifusión AM/FM convencional que se hallan tradicionalmente en vehículos

31. ANTENA SINUOUS

32. ANTENA SINUOUS caracteristicas • Ancho de banda • Polarización circular • Bajo perfil • Estas antenas son utilizadas en radio astronomía • Sensores remotos.

33. Modelo analizado utilizando métodos de momentos para deducir el rendimiento

34. Mas antenas • Espiral

35. Arreglo de antenas ARREGLO FOURSQUARE

36. Antena inteligente • Una mezcla de un arreglo de antena, junto con procesamiento digital (DSP), que optimizan lo diagrama de transmisión dinámicamente en respuesta a una señal de interés en el entorno

37. ARREGLOS Y ANTENAS INTELIGENTES • En el caso de las antenas en general o de los arreglos se define un patrón de radiación fijo. • Un arreglo de antenas puede estar constituido por elementos activos y pasivos. • En el caso particular de las antenas inteligentes se puede trabajar con arreglos donde todos los elementos son activos. • Sin embargo al hablar de “inteligencia”, siendo estrictos las antenas no son inteligentes sino lo que es inteligente es el sistema dado que puede interactuar con el medio. • Se puede decir que la inteligencia radica en la posibilidad de variar el patrón de radiación en su forma una vez se ha implementado la antena.

38. Una antena inteligente es la combinación de un arreglo de antenas (arrays) con una unidad de procesamiento digital de señales (DSP) que optimiza los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente en respuesta a una señal de interés en el entorno.

39. Los elementos del arreglo deben ser seleccionados cuidadosamente para permitir seguir la dirección del haz principal de radiación dentro de un rango angular amplio y una variedad de frecuencias. • Se debe tener un espaciamiento adecuado entre los elementos del arreglo para tener una correcta radiación del haz principal y evitar interferencias. • Transmitiendo a una misma potencia, se pueda recibir la señal a una mayor distancia. • Se incrementa la sensibilidad de la antena de recepción, por lo tanto se puede transmitir a una potencia mas baja e incidir directamente en el consumo de baterías. • El sistema de antenas inteligentes puede radiar a una potencia menor por lo cual se puede reducir las especificaciones de los amplificadores de potencia reduciendo los costos de los mismos.

40. Debido a la menor dispersión angular de la radiación desde el sistema de antenas inteligentes, se reducirán significativamente los trayectos múltiples de la información • Por el uso de más de una antena en el transmisor y en el receptor, un sistema de comunicaciones debe explotar efectivamente los múltiples canales. • Por tanto puede soportar comunicaciones con tasas de transferencia de datos mas allá de los predecidos por el teorema de Shannon para un canal simple. Mediante sistemas de antenas inteligentes se consigue: • Aumentar la capacidad de conexión a múltiples usuarios simultáneamente. • Incremento de la Capacidad y la confiabilidad. • Reducción de potencia de transmisión. • Reducción de Propagación multitrayecto. • Reducción del Nivel de interferencia. • Incremento del nivel de seguridad.

42. El testbed (prototipo de pruebas), mostrado en la Figura 8, opera en la banda de los celulares. Dependiendo de la configuración del sistema de antenas inteligentes, se pueden tener dos situaciones: • Captación de la Onda principal de la señal de interés, eliminando las señales multitrayecto propias y las señales interferentes de otros usuarios. • Captación de la onda principal de la señal de interés aprovechando la captación de sus señales multitrayecto, para reforzar la señal principal, y eliminar las señales interferentes de otros usuarios.

43. La reducción del nivel de interferencia reduce la tasa de error (BER), lo que permite aumentar la calidad de la transmisión de la información. • La selectividad espacial que proporciona el sistema, permite discernir las señales interferentes provenientes de otros usuarios. • Con esto se logra hacer insensible a la antena receptora en esas direcciones y evitar que esas señales sean procesadas en el sistema de recepción. • Puesto que la transmisión es direccional, es muy difícil que otro equipo intercepte la comunicación, por tanto se incrementa la seguridad del enlace.

44. TIPOS DE ANTENAS INTELIGENTES DE HAZ CONMUTADO • Se genera varios haces a ángulos prefijados que se van conmutando secuencialmente dando como resultado un barrido discreto de la zona de cobertura en posiciones angulares fijas. • En cada posición discreta del haz se activa el sistema de recepción para determinar la posible existencia de señales . • En caso de recibir la señal, el sistema guarda información correspondiente a la posición del haz (ángulo + identificación de usuario) y se establece la comunicación con el usuario en un intervalo de tiempo.

45. SISTEMA HAZ DE SEGUIMIENTO • Formado por un arreglo de antenas con una red de excitación que permite controlar electrónicamente las fases de las corrientes de excitación que llegan a los elementos del arreglo para modificar la dirección del haz convenientemente.

46. SISTEMA DE HAZ ADAPTATIVO • En este sistema las salidas de cada elemento se ponderan con un valor de peso cuyo valor se asigna dinámicamente para conformar un diagrama de radiación que presente el haz principal hacia la ubicación del usuario deseado y los haces o lóbulos secundarios hacia las direcciones de las componentes del multitrayecto de la señal deseada y mínimos o nulos de la radiación en las direcciones de las fuentes de interferencia.

47. CONCLUSIONES • En el caso de las antenas en general o de los arreglos se define un patrón de radiación fijo. • Las antenas inteligentes trabajan con arreglos donde todos los elementos son activos. • Al hablar de “inteligencia”, las antenas no son inteligentes sino lo que es inteligente es el sistema dado que puede interactuar con el medio • Se debe tomar muy encuenta las aplicaciones, el ancho de banda disponible y los servicios que se va prestar mediante estas antenas.

48. Se pueden utilizar múltiples antenas o elementos ya sean omnidireccionales o direccionales para formar arreglos. • Es importante tomar encuenta la separación entre los elementos así como la Interacción electromagnética entre estos. • La reducción del nivel de interferencia reduce la tasa de error (BER). • Se soporta comunicaciones con tasas de transferencia de datos mas allá de los predecidos por el teorema de Shannon para un canal simple. • Incremento de la Capacidad y la confiabilidad. • Reducción de potencia de transmisión. • Reducción de Propagación multitrayecto. • Reducción del Nivel de interferencia. • Incremento del nivel de seguridad

49. Se tiene tres tipos de antenas inteligentes • De haz conmutado • De haz de Seguimiento • De haz Adaptativo • Siendo el de haz adaptativo el mayor rendimiento e inteligencia • La diferencia entre las de haz conmutado y de haz de seguimiento es que el de haz conmutado tiene posiciones angulares fijas y el de seguimiento no.