Fundamentos Esenciales de Antenas: Parámetros Clave y Tipologías

Fundamentos Esenciales de Antenas y sus Parámetros de Rendimiento

Una ANTENA es un dispositivo que actúa como transductor, permitiendo radiar la señal que se le aplica y, viceversa, recibir ondas electromagnéticas.

Sus características dependen fundamentalmente de su aplicación específica.

Parámetros Característicos de las Antenas

Diagrama de Radiación

El DIAGRAMA DE RADIACIÓN es la representación gráfica de la potencia irradiada por la antena en función de su dirección angular. Con él se determinan aspectos cruciales como:

• La dirección de apuntamiento óptima.
• La ganancia.
• El ancho de haz.
• La relación frontal/trasera (delante/atrás).

Medidas de Rendimiento

Los siguientes parámetros cuantifican el desempeño de la antena:

• GANANCIA: Mide el nivel de señal que la antena puede obtener en una dirección específica, expresado en decibelios (dB).
• DIRECTIVIDAD: Indica cuán concentrada está la energía radiada en una dirección particular, comparada con una antena isotrópica.
• EFICIENCIA: Representa la proporción de potencia de entrada que realmente se irradia. Ejemplos típicos:
  • Antena offset: entre un 80% y un 90%.
  • Antena de foco primario: entre un 50% y un 60%.
• ANCHO DE HAZ: Es la apertura angular por donde la antena capta o irradia la señal de manera eficiente (generalmente medido a -3 dB respecto al máximo). Cuanto menor sea, más directiva es la antena.
• RELACIÓN DELANTE/ATRAS (DLT/ATR): Mide cuánta señal gana la antena en la dirección principal comparada con la dirección opuesta.
• ANCHO DE BANDA: Es el margen de frecuencias en el que la antena opera satisfactoriamente.
• IMPEDANCIA: Es la resistencia característica de la antena.
  • Antenas simétricas (ej. Yagi): 300 $\Omega$.
  • Antenas asimétricas (ej. coche): 75 $\Omega$.
  El Balun es un adaptador de impedancia utilizado comúnmente para acoplar entre 300 $\Omega$ y 75 $\Omega$.
• POLARIZACIÓN: Describe la orientación del campo eléctrico de la señal emitida a través del aire. Puede ser lineal, circular (a derechas -dextrogira- o a izquierdas -levogira-, esta última usada en algunas regiones de África) o elíptica.

Clasificación de Antenas

Tipos Constructivos

Existen diversas categorías basadas en su estructura física:

Antenas de Hilo

Formadas por hilos o elementos conductores. Incluyen las antenas de coche, el dipolo y el monopolo vertical.

Antenas de Apertura

Utilizan superficies para dirigir y concentrar el haz, como las antenas parabólicas.

Antenas Planas (Patch Antenna)

Consisten en una lámina metálica sobre una superficie plana dieléctrica. Son comunes en teléfonos móviles.

Array de Antenas

Es una agrupación de múltiples antenas del mismo tipo, como la agrupación de dipolos utilizada en estaciones base.

Clasificación Según Tamaño y Longitud de Onda ($\lambda$)

Las antenas se clasifican según la relación entre su dimensión física y la longitud de onda de operación:

Antenas Elementales

El tamaño de la antena es mucho menor que la longitud de onda ($\text{Tamaño} \ll \lambda$). Ejemplo: Dipolo corto.

Antenas Resonantes

Su tamaño es similar en orden de magnitud a la mitad de la longitud de onda ($\text{Tamaño} \approx \lambda/2$). Ejemplo: Dipolo de media onda.

Antenas Directivas

Son mucho más grandes que la longitud de onda ($\text{Tamaño} \gg \lambda$).

Antenas Comunes en Radiocomunicación

A continuación, se detallan algunas de las antenas más utilizadas:

• MONOPOLO VERTICAL: Consiste en un único hilo colocado verticalmente. Genera un campo eléctrico y requiere un plano de tierra (una base metálica) para su correcto funcionamiento. Se usa en frecuencias bajas.
• DIPOLO DE MEDIA ONDA: Compuesto por dos hilos abiertos o cerrados. Ofrece una ganancia de 2.15 dB respecto a una antena isotrópica.
• ANTENA PARABÓLICA: Concentra la señal recibida en un punto focal donde se ubica el elemento receptor (LNB).
• ANTENA DE BOCINA: Es un tipo de antena de apertura, utilizada frecuentemente en la banda de microondas. Sirve como elemento radiante primario en muchas configuraciones parabólicas.

Dispositivos de Gestión de Señal

Estos componentes son esenciales en sistemas de transmisión y recepción:

• DUPLEXORES: Permiten enviar y recibir señales utilizando la misma frecuencia (FR) a través de una única antena.
• DIPLEXORES: Permiten enviar y recibir señales utilizando frecuencias distintas (FR distintas).
• DISTRIBUIDOR: Reparte una señal de entrada a varias salidas, introduciendo típicamente una atenuación de $-3 \text{ dB}$ por salida.
• MEZCLADOR: Combina varias señales de entrada para generar una única señal de salida (usado en receptores y transmisores).