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3.2.13 Polarización.
Es la dirección del campo eléctrico en una onda electromagnética, esta puede ser lineal circular o elíptica dependiendo de las características de la antena. En la figura 3.7 se muestra las tres tipos de polarización comunes: a) Polarización vertical, el campo eléctrico viaja vertical en la dirección de propagación de la onda, b) Polarización Horizontal, el campo eléctrico viaja horizontalmente en dirección de propagación de la onda y c) Dos dipolos se conectan en forma de cruz lo que provoca que el campo electromagnético generado gira 360° cada vez que se mueve el frente de onda.
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3.3 Clasificación básica de las antenas.
Existen diferentes tipos de antenas, el principal factor para definir el tipo de antena diseña es la aplicación y la frecuencia a la que se requiera que la antena transmita o reciba.
A continuación en la figura 3.8 se muestra una tabla de frecuencias a las que comúnmente trabajan las antenas según su diseño:
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3.3.1 Antena Dipolo.
Consiste en un hilo conductor de media longitud de onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca un generador o una línea de transmisión, este tipo de antena es una de las antenas más importantes, ya que la mayoría de las antenas que trabajan a baja frecuencia parten de ella.
La distribución de corriente y tensión en un dipolo es: En el centro tenemos una tensión reducida y una intensidad elevada, mientras que en las puntas se produce una tensión muy elevada y una intensidad nula.
Figura 3.9 Representación gráfica de un dipolo λ/2
3.3.2 Antena Monopolo.
Es una antena constituida de un solo hilo rectilíneo irradiante. En un monopolo se tiene la misma configuración que con un dipolo largo, pero radiando sólo en la mitad del espacio, por lo que la potencia que radia el monopolo es la mitad que la radiada por el dipolo largo.
Se considera que el monopolo no es una antena completa, y que necesita ser completada por un plano de tierra para poder funcionar correctamente. Realmente la
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antena funciona correctamente sin este plano de masa, pero la eficiencia es mucho menor.
Figura 3.10 Representación gráfica de un monopolo λ/4
3.3.3 Antena de Bocina.
Es una antena que consiste en una guía de onda en la cual el área de la sección se va incrementando progresivamente hasta un extremo abierto, que se comporta como una apertura.
Este tipo de antenas tiene como principal característica que son unidireccionales por lo que tiene un lóbulo radiación dominante en una sola dirección.
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3.3.4 Antena Logaritmica.
Una antena logarítmica periódica es una antena de banda ancha con varios elementos unidireccionales, la cual tiene características de la impedancia y de la radiación que sean regularmente repetidoras como función logarítmica de la frecuencia de la excitación. Los componentes individuales son a menudo dipolos.
Figura 3.12 Representacion grafica de antena tipo Logaritmica
3.3.5 Antena Parabólica.
Es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico, cuya
superficie es en realidad un paraboloide de revolución. Las antenas parabólicas pueden ser transmisoras, receptoras o full duplex, llamadas así cuando pueden
trasmitir y recibir simultáneamente. Suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada.
En las antenas parabólicas 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.
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Figura 3.13 Representación gráfica de antena tipo parabólica
3.3.6 Antena Helicoidales.
La antena helicoidal es una evolución del monopolo vertical, en la cual el monopolo vertical ha sido modificado para tomar la forma de un solenoide. La polarización de la antena helicoidal es de tipo circular (horizontal y vertical por partes iguales).La impedancia de la antena hélice es baja. Por lo tanto, es preciso adaptarla a los 50 Ohmios de los transmisores con algún tipo de adaptador de impedancia.
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3.3.7 Antena Microcinta.
Las antenas de la microcinta son relativamente baratas fabricar y diseñar debido a la geometría física de 2 dimensiones simple. Se emplean generalmente en Frecuencia ultra elevada y frecuencias más altas porque el tamaño de la antena se ata directamente a longitud de onda en frecuencia de la resonancia.
Son empleadas generalmente en dispositivos móviles (por ejemplo los teléfonos celulares) por ser pequeñas, también este tipo de antenas son de banda angosta, también se debe considerar que al ser pequeñas sus extremidades pueden afectar en la banda de la antena.
3.4 Propuesta de Antena tipo L Invertida.
Después de lo anterior la antena que nos atañe es una tipo L invertida, que consiste en un monopolo conectado a un plano de tierra, doblado en un punto específico para crear una especia de L con dos secciones (L y H).
El diseño de antenas para la tecnología RFID tiene una gran importancia para el mejoramiento y eficiencia en el sistema. Generalmente las etiquetas RFID tienen impedancias resistivas diferentes a los 50 Ω y 75 Ω en su mayoría menores y además presentan impedancias capacitivas mayor mente entre 100 Ω y 400 Ω, por lo que se requiere construir antenas de modo que eficiente el sistema.
Las principales características que se requieren para el diseño de un antena RFID además de buscar este tipo de impedancias es: tener dimensiones físicas pequeñas de para que puedan ser colocadas en este tipo de etiquetas o adherirse a superficies pequeñas, preferentemente ser omnidireccionales, permitir el paso de la máxima cantidad de energía hacia el circuito integrado y ser económica.
La técnica de diseño para este tipo de antenas se basa en la miniaturización de antenas ya conocidas así como manipular sus características como tamaño o
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material con el que fueron elaboradas, con el objeto de incrementar su ganancia, ancho de banda patrón de radiación, o impedancia.
Este proceso suele ser empírico ya que aún no se ha desarrollado un método para realizar estos cambios en las antenas, además que se utilizan diferentes diseños y tipos de antenas dependiendo de la aplicación de esta tecnología y además del chip a utilizarse.
Al existir antenas diferentes, también existen diferentes diseños de ellas dependiendo de su aplicación, ya que hay un diseño que logre cubrir todas las bandas de frecuencia RFID. Los diseños más comunes son los tipo parche, serpenteada, F y L invertida.
Para el desarrollo de esta investigación se eligió una antena L invertida, que tiene este nombre por su forma física que es como una L. Las antenas L invertidas son una variación de las antenas de monopolo por lo que comparten sus características.
Figura 3.15 Antena L invertida y su reflexión con el plano de tierra
Este tipo de antenas son utilizadas para circuitos con protección metálica gracias a los beneficios de poder utilizar esta protección como le plano de tierra de la
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antena. Lo que es muy importante considerar dentro del diseño de la misma ya que al variar el plano de tierra, también varían las características.
El diseño en L de la antena permite gracias a sus dobleces en primer lugar: el ahorro de espacio físico, además genera impedancias capacitivas, lo que facilita el acoplamiento con los circuitos integrados tipo RFID.
Figura 3.16 Distribución de corriente en una antena L invertida
Si observamos por separado la parte de la antena vertical y la horizontal, podemos analizar la parte horizontal como un monopolo, que tiene una distribución de corriente que tiene como punto promedio de corriente a la distancia . La corriente sigue una forma triangular en la parte horizontal teniendo la mínima corriente en el extremo final de la antena.
Así mismo la antena fuera únicamente la parte vertical de la antena se tendrá una distribución de corriente similar a la parte horizontal, sin embargo, al estar unida a la parte horizontal, esta puede tomarse como una carga para la parte vertical de la antena. Por este motivo la distribución de corriente de la antena es prácticamente trapezoidal en lugar de la distribución triangular que se tendrá sin carga. Teniendo el valor máximo de corriente en la base de la antena y un valor medio para la parte vertical en la distancia .
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En la unión del hilo horizontal con el hilo vertical se tiene una distribución de corriente de le mismo valor. La impedancia característica del segmento H y L se calculan con las siguientes formulas respectivamente. [15].