Tipos De Antenas

TIPOS DE ANTENAS

Antes de comenzar, es importante definir de manera breve, el concepto de una antena. Una antena es un dispositivo diseñado para emitir y recibir ondas de electromagnéticas.

Con frecuencia, se considera a las antenas como transductores de energía electromagnética a corriente alterna y de corriente alterna a energía electromagnética, esto ocurre debido a que la onda que viaja en el espacio se topa con la antena adecuada y resuena en ella, y al momento que ocurre esto, dicha onda queda atrapada, generando una distribución de corriente en la antena que quedo atrapada, dicha corriente puede ser recolectada en las terminales de la antena. Es importante señalar que solo la longitud de onda que coincida con las características de la antena, son las que la harán resonar.

Una vez que se ha establecido el concepto de antena, podemos mencionar los diferentes tipos de antenas que existen, entre ellas destacan las siguientes:

Antenas dipolo

El dipolo es un conductor que está dividido por la mitad, en donde se conecta un cable coaxial que viene de parte del transmisor. El dipolo o cable conductor tiene que medir la mitad de la longitud de onda de la frecuencia en la que queremos transmitir.

La longitud del dipolo se obtiene mediante una fórmula simple, la cual nos dice que la longitud del dipolo es inversamente proporcional a la longitud de onda sobre la frecuencia, un ejemplo seria como el siguiente, para calcular una antena dipolo de 20 MHz:

Longitud dipolo = 142,5 / F (en Megahercios)

L = 142,5 / 20 MHz = 7,125 metros

Cuando tengamos la longitud del dipolo, se deberá dividir a la mitad para poder conectar el cable coaxial del transmisor

Este tipo de antenas de dipolo simple se pueden usar para transmisiones de HF que son comunicaciones de larga distancia. También se usan antenas de dipolo simple para emisoras de FM. En este caso, al ser frecuencias muy superiores, se emplean dipolos mucho más pequeños. En vez de media onda, son de un cuarto. Los dipolos de una FM, dependiendo de su frecuencia, tienen un tamaño aproximado de un metro.

Las antenas dipolo para las FM o comunicaciones con Walkie-Talkie se pueden comprar ajustadas a una determinada frecuencia o multibanda que sirva para todas las bandas. También existen las sintonizables, donde los dipolos vienen con un sistema de tornillos que permite ajustarlas a la frecuencia de nuestro equipo.

Dipolo doblado

Esta antena está formada solo por dos elementos, uno de ellos se alimenta de forma directa y la otra parte tiene un acoplamiento inductivo en los extremos. Al tener corriente en las esquinas puede producir una onda completa de corriente en la antena; de esta manera la misma potencia de entrada, la corriente de entrada es la mitad de la del dipolo básico de media onda, y la impedancia de entrada es cuatro veces mayor. La impedancia de un dipolo doblado es igual a la impedancia de media onda multiplicada por la cantidad de alambres doblados, elevada al cuadrado. Una ventaja de este tipo de antena sobre una antena dipolo de media onda es que tiene mayor ancho de banda.

Antenas Yagi-Uda

Esta antena es muy utilizada, son usadas en FM como antenas receptoras o para radioenlaces, más comúnmente utilizadas como receptoras de señal para televisión.

Estas antenas constan de elementos llamados directores, con la finalidad de poder dirigir la señal a un cierto punto. Para su elaboración

Con frecuencia, se utiliza un dipolo doblado como excitador, este elemento está conectado con la línea de transmisión. Además, consta de un elemento llamado reflector, dicho elemento es una barra de aluminio, 5% más larga que el dipolo, y el director se corta 5% más corto que el excitador. La distancia entre los elementos suelen ser de 0.1 a 0.2 longitudes de onda.

Se puede aumentar el ancho de banda de una antena Yagi si se emplea más de un dipolo doblado, cada uno cortado con longitud ligeramente distinta, de esta manera se puede recibir señal TV VHF debido a su gran ancho de banda.

Antena de torniquete

Se forma mediante la colocación de dos dipolos en ángulo recto, desfasado 90 como se muestra en la figura 2 (a) y la radiación que se muestra en la misma figura (b) es la suma de las radiaciones de los dos dipolos, con lo cual se obtiene una distribución casi omnidireccional. Son frecuentes las ganancias de las antenas de torniquete de 10 o más dB.

Figura 2 (a) antena de torniquete; (b) distribución de la radiación

Antena log-periódica

La ventaja que tienen estas antenas es su independencia de resistencia de radiación y de la distribución de radiación respecto a la frecuencia. Las antenas Log-periódicas tienen relación de ancho de banda de 10:1 o mayores. La relación de ancho de banda es el cociente de la frecuencia máxima entre la mínima de operación satisfactoria de una antena.

Las antenas Log-periódicas constan de varios tipos de ellas, con lo que podemos decir que no son un tipo de antena sino más bien una clase. Dichas antenas pueden ser unidireccionales o bidireccionales, y tener una ganancia directiva de baja o moderada.

La forma física de esta antena consta de una figura geométrica básica que se repite, variando en el tamaño de su repetición lo cual provoca una repetición en sus características eléctricas. Además consisten en varios dipolos de distinta longitud y distancia, que se alimenta de una sola fuente en el extremo pequeño. La línea de transmisión esta en forma de zigzag entre los puntos de alimentación de pares adyacentes de dipolos. La distribución de radiación de la antena tiene la radiación máxima alejándose del extremo pequeño. Las longitudes de los dipolos y su distancia se relacionan en tal forma que los elementos que están adyacentes tienen una relación que es constante entre sí. Las longitudes y las distancias entre los dipolos se relacionan con la formula.

1/τ=R_n/R_(n-1) =L_n/L_(n-1)

Ecuación 1

Donde:

R = distancia entre dipolos (en pulgadas)

L = longitud del dipolo (en pulgadas)

τ = relación del diseño (número menor que 1)

Los extremos de los dipolos están en una línea recta, y el ángulo que forman se denomina α. La impedancia de entrada de antena varia en forma repetitiva cuando se grafica en función de la frecuencia, y cuando se grafica en función del logaritmo de la frecuencia varia en forma periódica, de ahí es que se llama “Log-periódica”.

En la figura 3 podemos apreciar la estructura básica de una antena log-periódica.

Figura 3

Las antenas de este tipo se utilizan en comunicaciones HF y VHF. Sin embargo, las antenas log-periódicas no tienen un resistor de terminación y en consecuencia son más eficaces.

Antena de cuadro

Esta antena de cuadro consta de una bobina de una vuelta de alambre, mucho más corto que una longitud de onda, y conduce corriente de RF. Si el radio (r) es pequeño en comparación con la longitud de onda, la corriente esta enfasada por la espira.

La espira está formada por muchos dipolos conectados entre sí. Los dipolos son rectos, ocasionando que la espira sea un polígono. La espira está rodeada por un campo magnético en ángulo recto con el alambre, y la pauta direccional es independiente de la forma exacta.

Figura 4

La resistencia de radiación para una espira pequeña es

R_r=(31,000A^2)/λ^4

Ecuación 2

Donde A es el área de la espira. Para aplicaciones de muy baja frecuencia, las espiras se hacen a menudo con más de una vuelta de alambre. La resistencia de radiación de un cuadro de varias vueltas no es más que la de una sola vuelta multiplicada por la cantidad de vueltas elevada al cuadrado. La polarización de una antena de cuadro es en forma lineal, así como la antena dipolo. Sin embargo, una espira vertical esta polarizada verticalmente y una horizontal, polarizada horizontalmente.

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