Ponencia sobre antenas escrita por Juan Camilo y Jose Manuel Monsalve Díaz, de la Pontificia Universidad Javeriana, Sección Ingeniería electrónica, Bogotá Colombia.
Introducción
Las antenas son dispositivos que permiten transformar la energía electromagnética que va por un conductor, guía de onda u otro dispositivo que transporta una señal de radio frecuencia, a una onda electromagnética que viaja por el espacio, es decir, transforma voltaje en ondas electromagnéticas y viceversa. Las antenas son dispositivos resonantes y sistemas recíprocos, lo que permite transmitir y recibir con el mismo dispositivo sólo a un ancho de banda específico y limitado.
Las antenas tienen ciertas características que cambian de acuerdo a la aplicación en que se esté trabajando. De acuerdo a estas características se pueden clasificar de diferentes maneras.
Este documento pretende recopilar de varios documentos toda la información de las antenas de manera resumida, las características, las clasificaciones y algunos ejemplos de usos de estas.
Términos claves en las antenas
Ancho de banda
Es el rango de frecuencias en el que puede operar una antena cumpliendo la reciprocidad y en el cuál se encuentra en resonancia el sistema.
Las unidades del ancho de banda son los Hercios (Hz) y es el número para el cual la razón de onda estacionaria es menor que 2:1 (en esta notación amplitud máxima: amplitud mínima).
Con el fin de eliminar la dependencia del ancho de banda respecto a la frecuencia central, en algunos casos se expresa en porcentajes permitiendo un valor adimensional.
Siendo FH la frecuencia más alta, FL la frecuencia más baja y FC la frecuencia central.
Impedancia de entrada:
Es la carga en ohmios que representa la antena para el sistema. Según el teorema de máxima transferencia de potencia es necesario que la antena, la línea de transmisión y el generador cuenten con la misma carga, garantizando así que se emite la mayor potencia posible hacia el medio. Un número común en la impedancia de las antenas es de 50 ?. Sin embargo, si por algún motivo alguna de las impedancias es diferente, es necesario realizar un sistema de acople de impedancias que permita que se cumpla la condición mencionada anteriormente. A esta diferencia se le llama desadaptación.
La impedancia de una antena, en términos generales es una cantidad compleja, donde la parte imaginaria representa las características reactivas (inductancias y capacitancias) y la parte real las características resistivas (medida en ohmios). Estos valores son función de la frecuencia a la que se someta el dispositivo, y es en la frecuencia de trabajo donde la parte imaginaria es igual a cero, no hay almacenamiento de energía y el comportamiento es únicamente resistivo. Este valor es el que los fabricantes entregan como impedancia.
Ganancia
Al igual que la directividad, la ganancia es una cantidad adimensional que está comparada normalmente respecto a una antena isotrópica. Debido a que la energía se debe conservar, cuando una antena radia mayor potencia en una dirección, se está perdiendo potencia en otra, por esta razón se puede hacer una comparación con una antena isotrópica que tenga la misma potencia total y medir la ganancia en una dirección específica. Es común que se exprese la ganancia en la dirección de máxima propagación. Se utiliza entonces los decibelios para expresar en escala logarítmica la ganancia y se le agrega una i al final cuando la antena de comparación es una isotrópica (dBi).
La ganancia directiva es “una medida de la concentración de la potencia radiada en una dirección particular”[3].
La fórmula de la ganancia directiva en dbi es:
Directividad
Es la capacidad de transmisión o recepción de una antena en una dirección específica, normalmente la de máxima radiación.
La directividad es una cantidad que se expresa en términos de la antena Isotrópica que radia con la misma potencia total. Se usa esta antena porque es una antena que radia en todas las direcciones con la misma energía.
Aunque físicamente no es posible generar esta antena es un buen referente teórico para este tipo de comparaciones. Se define entonces la directividad (D) como la relación entre la máxima intensidad de radiación de la antena respecto a una antena isotrópica de la misma potencia total.
Pérdida de retorno
Es una forma diferente de expresar la desadaptación, es una relación que expresa la razón entre la potencia reflejada por la antena y la que entrega la línea de transmisión con la que se alimentó. Sus unidades son dB y se relaciona con la Razón de Onda Estacionaria (ROE o SWR) por la siguiente ecuación.
Una pérdida de retorno grande representa un mal funcionamiento de la antena.
Continúa en Antenas una explicación de su funcionamiento (II)
