LA
INVENCIÓN DE LA ANTENA
Alexandr Stepánovich Popov es reconocido como el inventor de la antena. Estudió física y matemáticas en la universidad de San Petersburgo (Rusia) al momento de graduarse en 1885, comenzó su estudiar las teorías
de otros investigadores como Hertz y Maxwell.
Entre uno de sus logros más importantes se encuentra un dispositivo que tenía la peculiaridad de
registrar y captar las perturbaciones eléctricas de la atmósfera. Lo cierto es que este dispositivo
lo descubrió por casualidad y se trataba de algo parecido a una varilla conductora que se
levantaba "en dirección al cielo", de manera que pudiera captar la energía de las tormentas.
Estaba compuesta de manera que pudiera percibir las ondas electromagnéticas originadas
artificialmente. Sin darse cuenta y de la forma rudimentaria "acaba de inventar la antena".
TIPOS DE ANTENAS
- ANTENA ISOTRÓPICA
La antena isotrópica es una antena hipotética sin pérdida (se refiere a que el área física es cero y
por lo tanto no hay pérdidas por disipación de calor) que tiene intensidad de radiación igual en
todas direcciones. Sirve de base de referencia para evaluar la directividad. La antena isotrópica no es una antena,
sino un concepto de referencia para evaluar a las antenas en su función de concentración de
energía y a las pérdidas por propagación en el espacio libre en los enlaces de radiofrecuencia. Su
patrón de radiación es una esfera.
Cada aplicación y cada banda de frecuencia presentan características peculiares que dan origen a
unos tipos de antenas especiales muy diversas.
- ANTENAS DE HILO
Las antenas de hilo están formadas por hilos conductores, eléctrica mente delgados, cuyo
diámetros << λ. Se modelan como un conductor de sección infinitesimal. Pueden estar formadas
por hilos rectos (dipolos, rombos), espirales (circular, cuadrada o cualquier forma arbitraria) y
hélices.
El tipo más común son las antenas de dipolo. Esta clase de antena es la más sencilla de todas. Suelen estar fabricados de aluminio o cobre.
En el centro del dipolo hay una tensión reducida y una intensidad elevada, mientras que en las
puntas se produce una tensión muy elevada y una intensidad nula, y por tal motivo los dipolos
pueden plegarse para darles mayor ganancia a la vez que mayor rigidez mecánica. En un
dipolo real situado a una cierta distancia del suelo la impedancia varía considerablemente, pero
este efecto no tiene mayor importancia si se puede aceptar una ROE (Razón de Onda
Estacionaria) máxima en la línea de transmisión de 2:1.
- ANTENAS YAGI-UDA
Una aplicación práctica de este tipo de antenas, es el de las antenas tipo yagi-uda (directivas),
ampliamente utilizadas, por ejemplo, para la recepción de señales de televisión en la banda de
UHF, ya que poseen una gran directividad, tanto mayor cuanto mayor sea el número de
elementos pasivos (parásitos) que incorpore y así su ganancia es la adecuada para recibir el nivel
de señal suficiente para que pueda ser amplificado sin problemas.Su ganancia y directividad
dependerá del número de elementos reflectores, cuantos más, mejor, y puede cubrir toda la
gama de canales de UHF, desde el 21 al 69.
La antena Yagi es pues una antena capaz de concentrar la mayor parte de la energía radiada de
manera localizada, aumentando así la potencia emitida hacia el receptor o recibida desde la
fuente y evitando interferencias introducidas por fuentes no deseadas.
- ANTENA HELICOIDAL
Una antena helicoidal es un tipo de antena que presenta un comportamiento de banda ancha.
Una hélice es el resultado de bobinar un hilo conductor sobre un cilindro de diámetro constante.
Los parámetros geométricos de diseño de una hélice son su diámetro, la separación entre dos
vueltas o paso de la hélice, el número de vueltas, el diámetro del hilo y el sentido del bobinado (a
derechas o izquierdas).
- ANTENA PERIÓDICA-LOGARÍTMICA
Una antena periódica-logarítmica como un grupo de antenas dipolos unidas y
alimentadas a través de una línea de transmisión común. Es una antena multibanda y su
respuesta en frecuencia es muy plana, lo que la hace muy interesante en aplicaciones donde el
usuario utiliza sistemas en diferentes bandas (por ejemplo, aplicaciones celulares). El diseño de una antena de este tipo consiste en una figura geométrica básica que se repite, pero
con distintos tamaños. Pueden ser unidireccionales o bidireccionales, y tener una ganancia
directiva de baja a moderada. También se pueden alcanzar altas ganancias usándolas como
elementos de una red mas complicada. Tienen características de banda muy ancha y, por ende,
se dice también que son independientes de la frecuencia.
- ANTENAS DE APERTURA
En estas antenas, la onda radiada se consigue a partir de una distribución de campo soportada
por la antena y se suelen excitar por guías de onda. Son antenas de apertura las bocinas
(piramidales o cónicas), las aperturas sobre planos y ranuras sobre planos conductores y las
guías de onda.
En concreto, una bocina es una antena que se utiliza de forma generalizada a frecuencias de
microondas, por sus características de gran ancho de banda y por su facilidad de construcción y
diseño. Las bocinas se pueden utilizar como antena individual, en forma de agrupaciones, o como
alimentador de reflectores o lentes. De acuerdo con la forma de la apertura, las bocinas pueden
ser de dos tipos: piramidal y cónica. El empleo de reflectores (superficies planas, parabólicas,
hiperbólicas, elípticas) permite optimizar las características de radiación.
- ANTENAS PLANAS
Las antenas planas (microstrip) están formadas por un agrupamiento plano de radiadores
(parches) y un circuito que distribuye la señal entre ellos. Su diseño se adecua de forma que la
estructura disipe la potencia en forma de radiación. Ambos, parches y circuito, se fabrican
utilizando técnicas de fotograbado sobre un sustrato dieléctrico laminado en cobre por ambas
superficies. Al ser una tecnología plana, facilita su integración con el resto del sistema,
favoreciendo la reducción del tamaño y peso global. Presentan la desventaja de su estrecho
ancho de banda, pero actualmente existen numerosos métodos para solventar este
inconveniente.
- ANTENAS CON REFLECTOR (PARABÓLICAS)
En este tipo de antenas la señal emitida/recibida no sale/entra directamente en/del elemento
captador, sino que se emite/recoge por/en el mismo una vez reflejada en un elemento pasivo que
concentra la señal. En el caso de una antena receptora, su funcionamiento se basa en la reflexión
de las ondas electromagnéticas, por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal
se reflejan y van a parar a un punto denominado foco que está centrado en el paraboloide.
Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y una directividad
extremadamente altas y son muy populares para las microondas y el enlace de comunicaciones
por satélite.
Una antena parabólica se compone de dos partes principales:
- Un reflector parabólico
- Elemento activo llamado mecanismo de alimentación
En esencia, el mecanismo de
alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo), que irradia ondas
electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente
direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (frente de ondas en fase).
- FOCO PRIMARIO
La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, todas las ondas inciden paralelamente
al eje principal, se reflejan, y van a parar al Foco. El Foco está centrado en el paraboloide. Tiene
un rendimiento máximo del 60% aproximadamente, es decir, de toda la energía que llega a la
superficie de la antena, el 60% llega al foco y se aprovecha; el resto no llega al foco y se pierde.
Se suelen ver de tamaño grande, aproximadamente de 1,5 m de diámetro.
- OFFSET
Una antena offset está formada por una sección de un reflector paraboloide de forma oval. La
superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica (elipse). El punto focal no está
montado en el centro del plato, sino desplazado a un lado del mismo (offset), de tal forma que el
foco queda fuera de la superficie de la antena. La ventaja de esta tecnología es que la superficie
de la antena ya no estará sombreada por el LNB (Low Noise Block), desde el punto de vista del
satélite, y así se recibe algo más de señal.
- CASSEGRAIN
Se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada
desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda
recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.
Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un
receptor de bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del
transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es
emplear un segundo reflector o subreflector.
- ARRAYS
Una antena de arreglo de fase (array) es un grupo de antenas que, cuando se conectan,
funcionan como una sola antena cuyo ancho de haz y dirección (o sea, patrón de radiación)
puede cambiarse electrónicamente sin tener que mover físicamente ninguna de las antenas
individuales. La ventaja principal de este tipo de antenas es que eliminan la necesidad de mover
en forma mecánica los elementos de la misma. Una aplicación típica es en radares, donde los
patrones de radiación deben ser capaces de cambiar rápidamente para seguir un objeto en
movimiento y, últimamente, también en las comunicaciones móviles de 3G y 4G.
Se puede controlar –ajusta o cambiar– electrónicamente la amplitud de las corrientes y la fase de
cada antena individual, modificando la forma del diagrama de radiación. Además, se puede
conseguir que los parámetros de la antena dependan de la señal recibida a través de circuitos
asociados a los elementos radiantes, como es el caso de las agrupaciones adaptativas.
Hay diferentes tipos: los lineales tienen los elementos dispuestos sobre una línea, mientras que
los planos son agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.
- ANTENAS INTELIGENTES
Las últimas tendencias en comunicaciones móviles, principalmente con la introducción de la 3G y
4G, sobre todo en Europa, apuntan a la utilización de un nuevo tipo de antenas para mejorar la
capacidad y la calidad de los servicios de telecomunicaciones, así como para ofrecer un mayor
número de servicios inalámbricos. Todo ello será posible gracias a las antenas inteligentes (smart
antenas), que consiguen aumentar la capacidad de conexión a múltiples usuarios
simultáneamente con una serie de ventajas que se expondrán a continuación. En esencia, el
sistema funciona de tal forma que cuando el usuario se desplaza, o lo hace la señal interferente,
se modifica la dirección del lóbulo principal para que se mueva con él y/o se minimice la
interferencia y, en el caso en que una estación de radio atienda a varios usuarios
simultáneamente, los sistemas permiten transmitir el haz desglosado en varios lóbulos muy
directivos, de forma que se reduce la interferencia en la red considerablemente y se incrementa
la capacidad en ambos sentidos.
BIBLIOGRAFÍA
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