Antenas: los ojos y los oídos de los sistemas especializados en fugas de señal

A pesar de las enormes mejoras del poder computacional al servicio de las herramientas de diseño y simulación, el diseño de antenas de radiofrecuencia continúa considerándose en cierto modo algo parecido a la magia negra. Los mejores diseñadores de antenas suelen ser ingenieros brillantes, pero la mayoría de ellos admitiría que la experiencia del pasado y, para ser sinceros, la suerte, ha contribuido a menudo a conseguir los mejores diseños de antenas. En este blog, nos acercamos a la superficie de la teoría de las antenas y nos centramos en cómo el rendimiento de las antenas afecta a la eficacia y la efectividad general de la detección de fugas de señal de cable.

Diseño de antenas y aplicabilidad

La finalidad principal de una antena es convertir las señales eléctricas en ondas de radio (transmisor) y viceversa (receptor). Numerosos factores afectan a la efectividad de una antena, incluidos los materiales seleccionados, la forma, el tamaño, la geometría, etc. Las características del diseño de una determinada antena varían en gran medida en función de su aplicación específica:

• Omnidireccional o unidireccional
• Banda ancha o banda estrecha
• Fija o portátil/móvilobile
• Ganancia alta o ganancia baja
• Factor de forma (tamaño y peso)

Diseños de antena

Los diseños de antena abarcan desde antenas monopolo flexibles hasta complejas antenas móviles y de microondas. A continuación, se detallan algunos de los diseños más comunes y sus características:

• Antena dipolo de media longitud de onda: perfecta para la localización de fugas en campo de VHF.
• Las antenas polarizadas ayudan a ubicar el tipo de fuga.
• La alineación de la polaridad contribuye a aislar la fuente de fugas al ubicarla en el plano vertical u horizontal.
• La antena de lazo, es como la antena dipolo, pero sin las propiedades de polarización.
• Esta antena proporciona dirección, pero no polarización
• Antena monopolo o de un cuarto de longitud de onda: óptimas para su uso en vehículos; no indicada para banda ancha ni direccional.
• Patrón de radiación de 360 grados perfecto para su uso en vehículos.
• Antena de forro de goma: compacta y duradera para su uso en campo en general; no indicada para banda ancha ni direccional.
• Antena yagi: perfecta para la localización en campo de fugas de UHF; a menudo con un tamaño voluminoso.
• Antena dipolo de arreglo logarítmico periódico: de tamaño razonable y perfecta para la localización en campo de un amplio rango de frecuencias.
• Arreglo de antenas de banda ancha que proporciona dirección y ganancia en un amplio rango de frecuencias.
• Antena de aleta de tiburón: antena de banda ancha con una mayor ganancia con respecto a una antena de lazo estándar.
• Sonda de campo cercano: perfecta para identificar fugas en pedestales concurridos sin frecuencia específica.

Tamaño de la antena

El tamaño de una antena es inversamente proporcional a la frecuencia de la fuga para cuya detección se ha diseñado. Además, el tipo de antena dictará si la antena de cuarto de longitud de onda, de media longitud de onda o de longitud de onda completa es el transmisor-receptor más eficaz. En muchos casos, una antena de longitud de onda completa no es el transmisor-receptor más efectivo. Analicemos, por ejemplo, la antena dipolo: una antena dipolo de media longitud de onda es un transmisor excelente, mientras que una antena dipolo de longitud de onda completa se cancela a sí misma y es un transmisor muy ineficaz.

A continuación, se proporciona una fórmula general para calcular la longitud óptima de la antena dipolo de media longitud de onda para una determinada frecuencia. Para los puristas, esta fórmula básica no tiene en cuenta los efectos finales, por lo que es solo una aproximación, aunque es suficiente para realizar los cálculos básicos.

• Fórmula general: Longitud de dipolo de media longitud de onda (pulgadas) = (5905*A)/Frecuencia (Hz), donde A es un factor que suele ser suficientemente cercano a 1 para calcular aproximaciones generales.
• Por ejemplo: 5905/900 MHz = 6,6 pulgadas, por lo que para una fuga de 900 MHz, una antena de 6,6 pulgadas (16,8 cm) sería ideal.
• Por ejemplo: 5905/120 MHz = 49 pulgadas (124 cm), cerca del límite superior de lo que sería conveniente para su uso en campo.

¿Por qué es esto relevante?

Comprender la relación entre las frecuencias y la longitud de las antenas nos puede arrojar luz sobre dónde y cómo se pueden estar produciendo fugas de señal en la planta. Si busca una fuga de alta frecuencia, es probable que el defecto en el blindaje o la “antena” que provoca la salida sea un cortocircuito (piense en la longitud de una grieta radial en un cable de línea de 0,500 in [12,7 mm] o la circunferencia de un conector de línea suelto, por ejemplo). Si busca frecuencias más bajas, céntrese en “antenas” de mayor longitud.

Impacto de la antena en la efectividad de los sistemas especializados en fugas de señal de cable

En el caso de las pruebas de cable en vehículo, la sensibilidad es mucho más importante que la direccionalidad, dado que la localización precisa se consigue por medio de la cuadrangulación de varias muestras. La amplia cobertura de espectro es también importante con la llegada de los detectores de fugas totalmente ágiles en frecuencia. No sirve de mucho que el operador disponga de detectores cuyas frecuencias de monitorización se pueden cambiar pulsando unos cuanto botones si hay que cambiar las antenas de todos los camiones de la flota para rentabilizarlas.

En el caso de las pruebas a pie, la direccionalidad es el factor más importante para identificar rápidamente fuentes de fugas en campo. La sensibilidad debe ser la adecuada para detectar fugas distantes. Además, la cobertura de ancho de banda junto con la capacidad de sintonización en campo contribuye a minimizar el número de antenas que se necesitan. Las antenas dipolo, yagi o de arreglo logarítmico periódico son las mejores en este caso práctico, especialmente si se han diseñado específicamente para el uso en cable (son pequeñas y robustas, y caben detrás del asiento de una camioneta).

Resumen

El diseño de las antenas no es una ciencia sencilla ni precisa, pero los resultados pueden ser excelentes si se lleva a cabo correctamente. Los mejores sistemas especializados en fugas de cable destacan por la creación de una gama de antenas que:

• proporcionan la máxima flexibilidad en la distribución de canales al admitir una agilidad de frecuencias de banda completa en los detectores;
• permiten realizar las tareas de detección y corrección en campo de forma más rápida por medio de antenas de recorrido a pie específicas con una direccionalidad superior; y
• permiten la detección de fugas por medio de antenas de alta ganancia que sistemas inferiores pasan por alto.

Más información acerca de las fugas de señal de cable de VIAVI.

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