Antenas Definición y Tipos

ANTENAS DEFINICIÓN Y TIPOS

DEFINICIÓN

La función de las antenas es facilitar que las señales electromagnéticas que viajan dentro de la guía de onda se escapen hacia el espacio libre con la mayor eficiencia posible. Podemos ver la antena como un acoplador o adaptador entre el medio de propagación limitado de la guía de onda y el espacio libre.

La antena es un circuito eléctrico especial, realizado con el fin de que radie al espacio o reciba del espacio energía electromagnética. Una antena transmisora es la que se conecta a la salida de un transmisor para distribuir al espacio la señal de la radiofrecuencia generada mientras que una antena receptora es un componente destinado a la captación de las ondas electromagnéticas procedentes de una antena transmisora más o menos lejana.

En ambos casos, el principio de funcionamiento es el mismo. Esto significa que el cálculo, las funciones y las características de una antena destinada a la transmisión son también válidos para una antena receptora. Así pues, una antena apropiada para emitir del mejor modo posible (con el rendimiento más alto) una señal de una determinada frecuencia, es apropiada también para recibir del mejor modo posible una señal de iguales características. A pesar de esa reciprocidad de empleo, las antenas transmisoras se construyen con una estructura algo diferente de las receptoras.Ello se debe a los motivos que a continuación se indica y son comprensibles fácilmente.

En primer lugar las antenas emisoras al recibir toda la potencia que suministra el transmisor deben realizarse de modo que toleren fuertes corrientes y tensiones. Por el contrario, esta condición no es necesaria para las antenas receptoras que sólo son atravesadas por señales muy débiles determinadas por los campos magnéticos presentes en el espacio y generados, muchas veces, a grandes distancias.

En segundo lugar, los transmisores suelen funcionar a una sola frecuencia (o banda de frecuencia, más bien reducida) y, por lo tanto, las dimensiones de sus antenas se calculan expresamente y con precisión para obtener el máximo rendimiento a la frecuencia de emisión. En cambio, los receptores deben captar señales dentro de una amplia gama de frecuencias, por lo que las antenas de recepción no se prevén, salvo excepciones, para una frecuencia correcta, si no de manera que proporcionen un buen rendimiento sobre una amplia gama.

TIPO DE ANTENAS 

Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son:

• Antenas Dipolo
• Antenas Dipolo multi-elemento
• Antenas Yagi
• Antenas Panel Plano (Flat Panel)
• Antenas parabólicas (plato parabólico)

Antenas Dipolo:

Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación.

Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del patrón de azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados alrededor de la antena. Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por naturaleza, y pueden ser ahusadas o con formas especificas en el exterior para cumplir con especificaciones de medidas. Estas antenas son usualmente alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero también pueden tener el conector en el centro de la misma.

Figura 1. Patrón de Elevación de una antena multi-dipolo

Antenas Dipolo Multi-Elemento:

Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares, múltiples antenas de dipolo son muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en configuración horizontal.

Figura 2. Patrón de Radiación en Elevación Yagi

Antenas Yagi:

Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.

Figura 3. Patrón de Elevación Flat Panel de Alta 

Figura 4. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta 

Antenas Panel Plano (Flat Panel):

Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación  y en el patrón de azimuth se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Figura 5, Patrón de Elevación de Plato Parabólico 

Antenas Parabólicas:

Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. La antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.

Antena de Ranura:

Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían sus patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.

Antenas Microstrip:

Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos. En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.