Antenas MEDIOS

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Medios de Información

En un sistema de comunicación de radiofonía, radiotelegrafía, televisión 0 radar, la señal se transmite del emisor al receptor por medio de una onda electromagnética que se propaga libremente en el espacio abierto entre ambos. De forma análoga, la recepción se realiza por las fuerzas electromotrices inducidas en el circuito receptor por los campos electromagnéticos de la onda que incide sobre el mismo. En la práctica, las porciones del sistema transmisor (receptor) que son dignas de tener en consideración en la generación de la onda electromagnética (fem inducida) están localizadas en una región bien delimitada del sistema emisor (receptor), la cual recibe el nombre de a. transmisora (receptora). De esta forma la a. aparece como la parte del sistema que sirve de interconexión entre el mismo y el medio ambiente a través del cual se propaga la onda portadora de la información.

Las primeras a. fueron construidas por H. R. Hertz (1887) para demostrar experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas teóricamente por J. C. Maxwell (1865). El transmisor empleado por Hertz consistía en un alambre de cobre rectilíneo terminado por sus extremos en sendas esferas; este alambre estaba cortado por su parte central y en la separación entre las dos mitades, que era regulable, se provocaban chispas que producían oscilaciones amortiguadas generadoras de la onda que, a su vez, se enfocaba por un espejo parabólico. La recepción se hacía por un bucle de alambre de cobre con una solución de continuidad, a través de la cual las corrientes inducidas provocaban una descarga observable en la oscuridad. En 1896 G. Marconi, utilizando una a. de mayores dimensiones, consiguió transmitir señales telegráficas a grandes distancias, iniciándose así el vasto campo de aplicaciones de los modernos sistemas de transmisión, en los cuales la elección de una a. con características adecuadas es un factor determinante de su eficacia.

Parámetros de una antena. Las características y comportamiento de una a. están determinados por un conjunto de parámetros, entre los que cabe destacar como más fundamentales los que se especifican a continuación. En sus definiciones nos referimos a una a. transmisora; pero es de advertir que, como consecuencia del teorema de reciprocidad, su comportamiento es idéntico cuando actúa como receptora.

Diagrama de radiación (DR),’es una representación gráfica de la distribución direccionel de la energía radiada por la a. El radio vector dibujado en cada dirección, con su longitud igual a la potencia radiada por únidad de ángulo sólido en la misma, determina una superficie que constituye el DR, el cual, por sí solo, es la mejor descripción del comportamiento de la a. Generalmente se utilizan secciones planas de esta superficie. Son tipos comunes de DR los omnidireccionales (con igual intensidad de radiación en todas las direcciones de un plano que pasa por la a.), de pincel, abanico, etc., formas que, a veces, sirven para clasificar las a.

Rendimiento es la relación entre la potencia radiada por la a. y la que se le suministra.

Directividad, razón entre la potencia radiada por unidad de ángulo sólido, en la dirección de máxima radiación, y el valor medio de la potencia total radiada por la a. íntimamente conectada con la directividad está la ganancia, definida como la razón entre la intensidad de radiación en la dirección de máxima radiación y la de una a. ideal, sin pérdidas, cuyo DR es una superficie esférica (a. isotrópica). Conocido el DR de la a.

E=f(0,’p) la directividad de la misma vendrá dada por D=41rE2máx1f f2.df siendo SZ el ángulo sólido.

Polarizabilidad de una a. es el estado de polarización (v.) de la onda electromagnética en la dirección de máxima radiación. Cabe también considerar la polarización en cualquier otra dirección.

Impedancia, es la de entrada de la a. Constituye un parámetro determinante de la eficiencia de la a. como transductor entre el sistema y el medio.

Anchura de banda, es una medida del intervalo de frecuencias para las que la a. cumple los requisitos exigidos para su aplicación. Es imposible de definir en forma general, ya que la frecuencia modifica normalmente todos los parámetros y, en cada caso, son de interés distintos de éstos.

Fundamentos del análisis de antenas. El cálculo de la distribución de la radiación de una a. es, en general, un problema que entraña grandes dificultades. Se ha de establecer, primero, la distribución espacio-temporal de la densidad de corriente (v. ELÉCTRICA, CONDUCCIóN) en todo el volumen de la a., lo que sólo en muy contados casos puede hacerse de forma exacta; casi siempre se ha de recurrir a distribuciones "suficientemente" aproximadas a la real. Los campos eléctrico y magnético se calculan, entonces, por superposición de las contribuciones de cada elemento de la a.

Consideremos el caso más simple, constituido por una a. de alambre recto, de longitud L, espesor despreciable y corriente estacionaria armónica con el tiempo, de frecuencia angular w (i=I(z).exp(jcút)). Elegido un sistema de coordenadas tal como se indica en la fig. 1, el campo de radiación (v.), único de interés, en un punto muy alejado (r"x, x"L, con X=longitud de onda), viene dado por 1tc sen B Llz E_-I(z)e-ikr(z>dz ~ eiwrue

2rXf L/z

e(I) H=i ¡El . w siendo k= o),~e, constante de propagación y e, w las permitividades eléctrica y magnética del medio. Si la a. es muy corta y la amplitud de la corriente en el centro es Io, puede ponerse para el campo eléctrico sen B EB 1-_ 1IoLeei(~r_kr) (2) 2 EH, con 1 L/z Le=-~1(z) d,(longitud eficaz de la a.). lo -L/2

De las expresiones (1), se obtiene para la potencia media radiada por unidad de ángulo sólido

d dSL>4xc ) zl2z senz 0(3) cuya representación (fig 1 b) en un plano que contenga la a., dada la simetría de revolución en torno a OZ, constituye el DR, que resulta ser omnidireccional.

La potencia media total radiada viene dada por L, ) 21,2

(pt> =3,rt ( --(4) Si se compara con la potencia disipada en una resistencia por la misma corriente

=IRIoz

se define la resistencia de radiación de la a.: Z-(

Rr 23 e_Ae

Tomando el valor máximo de (3) y teniendo en cuenta (4), se obtiene para la directividad D=3/2.

En la fig. 2 se representan los DR de a. de longitud comparable con la longitud de onda. Asimismo se representan los correspondientes a una a. en la que la distribución de la intensidad no es estacionaria, sino que corresponde a los valores de una onda que se propaga a lo largo de la a. (a. de onda progresiva). Estas a. suelen agruparse, para conseguir mayor directividad, en forma de V (fig. 2 d) o cuatro en forma de rombo.

Algunos tipos de antenas. Además de las citadas en el párrafo anterior, existen otras que se suelen agrupar atendiendo a alguna peculiaridad que les es común:

De cuadro, constituidas por bobinas radiantes de una o más espiras y de formas diversas. Se utilizan, corrientemente, en radio-receptores con núcleo de ferrita o de aire. Tienen también amplia aplicación en transmisores de UHF, receptores de aviones y radio-localizadores.

De apertura, son aquellas en que la radiación se puede considerar como procedente de una superficie (apertura). El análisis se efectúa sustituyendo la apertura por una distribución de corrientes superficiales eléctricas y magnéticas, equivalentes, obtenidas a partir de los campos E y H, en la apertura. Son ejemplos típicos de esta clase de a. los cornetes y ranuras en guías de ondas (v. MICROONDAS), cavidades y líneas coaxiales.

Reflectores pasivos, son superficies conductoras o grupos de a. no excitadas, que suelen utilizarse para reforzar o modificar adecuadamente el DR de una a.

De banda ancha, entre las que las utilizadas más corrientemente figuran las a. helicoidales, que, además, poseen un gran poder directivo en la dirección del eje de la hélice. Recientemente se han conseguido anchuras de banda inusitadas, utilizando dos principios básicos de diseño: 1) a. que cumplan la "condición de ángulo", es decir, que se pueda obtener su forma enteramente por ángulos (a. cónicas y a. equiangulares); 2) periódico-logarítmicas, caracterizadas porque la a. es idéntica a su semejante de razón de semejanza dada, en cuyo caso el comportamiento para dos frecuencias de la misma razón es idéntico.

De onda superficial, constituidas por estructuras por las que se propaga una onda de superficie, que al encontrar discontinuidades se convierten en elementos radiantes. Pertenecen a este tipo las a. dieléctricas, y también las corrientemente utilizadas en recepción de TV (a. Yagi), constituidas por un dipolo, un reflector y varios elementos pasivos (directores) convenientemente espaciados y dimensionados.

De barrido, son a. de gran directividad en las que por su tipo de aplicación, radar (v.), p. ej., el pincel de radiación ha de efectuar un barrido en diferentes direcciones. Esto puede conseguirse mediante a. o reflectores móviles, o también mediante a. fijas, en las que se puede controlar electrónicamente la dirección del pincel de radiación.

Agrupaciones directivas. Se utilizan muy frecuentemente grupos de dos o más a. distribuidas espacialmente de forma conveniente y excitadas todas con la misma frecuencia, pero cada una de ellas con la fase adecuada para, por interferencia (v.) de la radiación procedente de las mismas, conseguir un DR de características determinadas. Aunque cualquier tipo de a. puede agruparse con este fin, las que más se utilizan son las a. dipolares, a. de apertura, helicoidales, etc. Las a. de onda progresiva en forma de V y rombo antes citadas, son ejemplos también de agrupaciones directivas. V. t.: CAMPOS, TEORÍA DE LOS;ELECTROMAGNETISMO;MICROONDAS; ONDAS; RADIACIÓN; RADIOASTRONOMíA; RADAR; TELEVISIÓN.

M. RODRÍGUEZ VIDAL.

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