Propagación de Ondas y Principios de Antenas: Conceptos Clave

Propagación de Ondas

La propagación de ondas se puede clasificar en tres tipos principales:

• Por onda de superficie: Cuando la frecuencia de la señal se encuentra en las bandas más bajas, se puede utilizar la característica de la superficie terrestre de difractar las ondas a medida que se propagan. De este modo, la señal será capaz de seguir la curvatura de la Tierra.
• Por reflexión ionosférica: Para las bandas de MF y HF, la ionosfera se comporta como un espejo, reflejándose en las capas más altas cuanto mayor es la frecuencia. Se debe tener en cuenta que durante la noche la ionosfera disminuye notablemente su espesor. Así, si transmitimos una señal de 5 MHz por el día, la señal electromagnética se reflejará a unos 50 km de altura, mientras que por la noche la misma onda podría elevarse unos 200 km de altura antes de ser dirigida hacia la Tierra. Por lo tanto, la zona a cubrir estará mucho más lejana.
• Por onda directa: Por encima de 30 MHz, la longitud de onda de las señales es tan pequeña que puede atravesar incluso las capas superiores de la ionosfera. Esto supone que para propagar señales de VHF y superiores, se deberá utilizar un enlace directo sin obstáculos, garantizando el campo visual entre el emisor y el receptor.

Principios de Antenas

La antena puede considerarse como un transductor de energía eléctrica en electromagnética y viceversa. El principio fundamental de una antena se basa en la asociación en paralelo de un condensador y una bobina, conocido como circuito tanque. La diferencia entre un circuito tanque y una antena es que, en un circuito tanque, el campo eléctrico está encerrado en las armaduras del condensador. Para poder radiarlo, tenemos que cambiar su forma física. Algo similar ocurre con el campo magnético, que originalmente se encuentra mayoritariamente concentrado en las proximidades del eje de la bobina. Una antena es como un circuito tanque al que se le han separado las armaduras del condensador y se ha estirado el hilo de la bobina. El resultado será un hilo recto cuyos extremos se sitúan en las placas del condensador. Cuando se le aplica una señal eléctrica, la corriente atravesará el cable provocando un campo magnético.

Parámetros de una Antena

• Frecuencia de resonancia: Es aquella para la cual se anulan las componentes reactivas de la antena, presentando únicamente componente resistiva. En estas condiciones, la transformación de energía eléctrica en ondas electromagnéticas será máxima.
• Ancho de banda: Como cualquier otro filtro, la antena no reacciona únicamente a la frecuencia de resonancia. Las frecuencias cercanas a esta también serán transferidas, aunque no con tanto aprovechamiento. Por esta razón, se definirá el margen de frecuencias que se considera válido en el funcionamiento de la antena. Las frecuencias válidas serán aquellas cuyo nivel descienda sobre el máximo menos 3 decibelios. Las antenas simples presentan un ancho de banda tipo gaussiano, en forma de campana.
• Longitud eléctrica: Una misma antena puede presentar varias resonancias, en diferentes frecuencias múltiplos de su longitud. Sin embargo, no en todas se consiguen los mismos resultados, por lo que se utilizarán aquellos múltiplos de longitud de onda que nos permiten una mejor radiación.
• Impedancia: Se define así la oposición que muestra la antena ante la señal aplicada. La impedancia presenta valores mínimos en las frecuencias de resonancia, correspondientes a los múltiplos impares de la mitad de la longitud de onda de la señal.
• Resistencias de radiación y de pérdidas: Una antena resonante absorbe la potencia que le entrega el emisor, convirtiéndola en su mayor parte en ondas electromagnéticas. Una antena está formada eléctricamente por dos resistencias: la de radiación, que aprovecha la mayor parte de la corriente aplicada, emitiéndola; y la de pérdidas, que representa la cantidad de potencia que se pierde por el calentamiento de los componentes de la antena.
• Directividad: A menudo nos interesa que nuestra antena solo reciba señal de una dirección y no verse afectada por posibles señales ajenas. La mayoría de nuestras antenas presentan una radiación no uniforme. En estas aparecen tradicionalmente direcciones en las que se favorece la radiación, a costa de reducirla en el resto. Para representarlo, se mide la cantidad de señal emitida o recibida en diferentes ángulos verticales y horizontales, trazando un diagrama polar con los resultados en cada plano, que denominamos diagramas de radiación.