Calculos para diseñar antenas

[Kid_Bengala]

hola

tengo pensado realizar un par de circuitos basados en comunicaciones inalambricas y queria saber que calculos, manuales o que hace falta para saber diseñar antenas, tanto normales como en pcb ¿Alguna ayudita?.

Otra de las dudas que tengo es como funcionan los lectores rfid (es que quiero diseñar uno), una bobina induce tension a la tarjeta ¿no? Como se calcula esto? primero queria realizarlo con cable pero mas adelante en pcb, la antena.

Tambien cuando se dice que puede emitir en mas potencia (mW) para tener mas distancia tiene algo que ver la antena? mas tension? muchas gracias

saludos de antonio

[micro_pepe]

Hola, un pequeño calculo para una antena vertical (un alambre puesto en vertical) es el siguiente:

longitud_onda=300/frecuencia(en Mhz)

longitud de antena= longitud_onda/4

Y logicamente para aumentar la potencia debes aumentar el voltaje de salida, pero tambien debe de ser capaz de entregar la corriente necesaria a la impedancia de la antena, si es vertical creo que son unos 50 homios.

Saludos.

[Marioguillote]

Hola muchachos!

Antes de hablar del cálculo de una antena, debemos tener en claro que tipo de antena queremos construir, o mejor dicho que tipo de antena se adecúa más a nuestras necesidades.
Las antenas más sencillas de construir son las que se conocen como antenas de 1/4 de onda, como la que te decía micro_pepe, o también otra muy sencilla es la de 1/2 onda.

Una cosa es calcular la antena, otra muy distinta es construirla y otra más distinta aún es que funcione correctamente en nuestro diseño.

Para calcular la antena de 1/4 de onda se usa generalmente la fórmula

L = 72 / F(Mhz)

Esto es L = longitud del "irradiante" y viene dado en Metros, 72 es un número constante que viene de 1/4 de la velocidad de la luz, y F(Mhz) es la frecuencia a utilizar expresada en MegaHertz.
La misma longitud llevarán los planos de tierra.

Para calcular la antena dipolo de media onda, la fórmula es L = 142,5 / F(Mhz), donde en este caso tendremos como resultado la longitud total de la antena, esto es, irradiante + plano de tierra.

Existen otras antenas que son las direccionales o Yagui que no creo que valga la pena explicar porque nos extenderíamos mucho.

La construcción de la antena podemos hacerla de cualquier material conductor. Cobre, aluminio, zinc, alambre acerado, etc.
Para una buena construcción de una antena se requerirá como primera medida, una buena rigidez y solidez mecánica, ya que generalmente se ubicarán al aire libre, pero tal vez en tu caso, sea sólo para experiencias a cortas distancias, donde incluso usarás los módulos de UHF que suelen utilizar los muchachos del foro (hay mucha gente que te puede orientar acerca de cuáles comprar), entonces hay dos rumbos. Yo te voy a hablar del rumbo más probable que es el de la experimentación a cortas distancias.

Lo mejor que creo te conviene es el dipolo extendido de media onda con polarización vertical.
Que significa este palabrerío .... ?????     
El dibujo 1 te la dá la respuesta.
Yo te lo ejemplifico colgado de una rama, pero vós lo ubicarás donde mejor te resulte
La colgás de cualquier lado, lo más elevado posible y lo más alejado de otros objetos metálicos y ya tenés una antena correcta para tus experimentos.
Esta implementación te brindará una antena omnidireccional (transmite en todos los sentidos por igual)
Esta misma antena la puedes hacer en un PCB, como preguntás,  usando como elemento conductor las pistas de cobre y soldando el coaxil en su lugar correspondiente.

Para que la antena te funcione correctamente en tu aplicación debes respetar ciertas cosas.
1- Como te dije, ubicarla lo más alejado posible de otras estructuras.
2- Que tenga las medidas lo más justas posibles, según las fórmulas.
3- Que respetes las especificaciones de salida del transmisor. Si te dice que es para 50 Ohm, usarás cable coaxil de 50 Ohm, si te dice que es para 75 Ohm, usarás 75 Ohm, pero lo más probable es que sea 50 Ohm.

El tema del RFID y de la potencia lo hago en otra respuesta, en un rato, ahora tengo que salir.

Saludos.
Mario

PD: Imagen gentileza del FOTOYOP cedido por mi amigo aitopes.
PD2: En la imagen corregir la fórmula para el cálculo del dipolo a L = 142,5 / F (Mhz) (Fé de Erratas)

[Marioguillote]

Ya estoy de vuelta .....

Datos puntuales y críticos que no manifesté en el post anterior:

NO utilizar otro tipo de cable que no sea coaxil.
NO utilizar otro valor de coaxil que no sea el especificado.
NO "cortar" la antena a cualquier medida, usar la fórmula.
NO "atar" los cables, sino soldarlos.

Todos estos "detalles" que pueden parecer menores, producen lo que se conoce como R.O.E. (Relación de Ondas Estacionarias), que significa lo siguiente:

El transmisor entrega una energía la cual debe ser conducida apropiadamente por la línea de transmisión (coaxil), hasta el irradiante (antena) y emitirse al éter. Si alguno de los eslabones de esta cadena no está apropiadamente dispuesto, parte o la totalidad de la energía que intenta entregar el transmisor al aire, no podrá irradiarse por desadaptaciones y retornará al transmisor, con la consecuente suba de temperatura y probable destrucción de la etapa de salida del transmisor.
Naturalmente, no obtendremos el alcance deseado en nuestra transmisión.

Para transmitir con más potencia , debes dotar a tu transmisor de una etapa final de, valga la redundancia, mayor capacidad de entregar energía, o sea, más potencia.
Si aumentas la tensión, correrás el riesgo de pasarte de los valores nominales para los que fué contruído el transmisor y correrás el peligro de destruírlo.
Para ese cometido se venden o te podés construir, lo que se conoce como "lineal" que no es más que un amplificador, pero de RF.
Por ejemplo:
Tu transmisor emite con una potencia de 500 mW ...... debes comprarte (o construírte), un lineal que al aplicarle 500mW en su entrada, entregue a la salida la potencia que desees. 10W , 20W ..... lo que quieras.

Cuando transmitís con más potencia, la antena puede ser la misma, que para baja potencia, pero siempre como en todo, hay límites, pero no te preocupes que recién hay que tener precauciones al pasar los 100W y no creo que quieras transmitir con tanta potencia.

Lo que sí tiene mucho que ver la antena es en un factor que se llama "GANANCIA"
Ese factor viene expresado en dB y se considera a un dipolo como una antena de 0dB.
Para lograr ganancia con la antena, hay que construir lo que te contaba de antenas yagui, formaciones de dipolos, etc.
Esa ganancia en dB tiene su fórmula, pero para no complicarla te puedo dar el el ejemplo de que cada 3dB estarías duplicando la ganancia en potencia.
Traducido: Con un dipolo transmitís con 3W de potencia.
Ese mismo transmisor con dos dipolos ubicados y conectados apropiadamente harán equivaler tu transmisión a 6W
Otro ejemplo : Ganancias de 3 a 12dB representarían un aumento de 2 a 16 veces la potencia transmitida.
De esta forma incrementás la potencia de transmisión con la antena.
Ganancias de 12dB se logran con antenas tipo yagui, construídas con las fórmulas correspondientes.
Cuáles son las antenas tipo yagui?
Las que se conocen vulgarmente como "parrillas" de TV, son esas que tienen muchos fierritos cruzados y son direccionales.

En el próximo sigo con el RFID

Saludos.
Mario

[Marioguillote]

Lo poco que conozco de los detectores de RFID es lo siguiente:

Los arcos que uno cruza en los shoppings, en los hipermercados y otros comercios, son antenas que emiten en una determinada frecuencia de radio. Estas frecuencias son muy variadas, no existe una sola general para todos los dispositivos de este estilo.

Como funciona?
Conozco dos maneras.

Voy a tratar de explicarlas de la forma más didáctica posible y si cometo algún error, sería bueno que quien conozca del tema, me corrija, para despejar dudas, a Kid Bengala, a mí y a los que lean este hilo.

Uno es del tipo pasivo. (136Khz)
Es una bobina y un capacitor conectados en paralelo, formando lo que se llama un circuito tanque en RF, que es capaz de "resonar" en una determinada frecuencia.
El arco transmite contínuamente ....... , cuando uno de estos circuitos pasa cercanos a ellos, hace variar la ROE (ver post anterior) de la antena metida en el arco; siendo ésta variación detectada por el transmisor como energía que no se entrega, sino que retorna y activa el sistema de alarma.

El metodo activo.(13,56Mhz ó más)
El arco transmite contínuamente ......, el dispositivo posee un circuito tanque como el anterior, pero además, toma esa energía irradiada por la antena, la transforma en contínua y alimenta el chip incorporado. Naturalmente .... un PIC.
Este chip posee información del producto, del numero de stock del mismo, del precio, etc.
Al energizarse el chip, también lo hace un microtransmisor que informa a la misma antena transmisora en otra frecuencia, todos estos datos.
O sea:
En la central se enteran : qué te estás robando y por qué puerta estás huyendo ...... 
Pero en realidad esto se está perfeccionando para eliminar las cajeras/os de los supermercados.
Vós llegarías con el carrito repleto de cosas y en una fracción de segundos, este sistema te entrega el ticket, con el detalle de todo lo que llevás en el carro y el costo total.
Es decir, se ahorrarían muchos minutos de espera en las cajas y muchos cajeras/os.

Otra aplicación es las tajetas inteligentes para los antirrobos de los coches  ...... bla, bla, bla, bla .......

Espero no haberlos aburrido y que les sea útil.

Saludos.
Mario