Antenas Yagi, UHF, Microondas y Parabólicas: Funcionamiento y Eficiencia

Antenas: Yagi, UHF, Microondas y Parabólicas

Antena Yagi

La antena Yagi está formada por un elemento alimentado, que puede ser un dipolo simple o doblado, también llamado radiador. Además, la antena tiene uno o varios elementos aislados, denominados elementos parásitos. La corriente (I) que circula por el radiador irradia un campo electromagnético, el cual induce corrientes en los elementos parásitos de la antena. La corriente inducida en estos elementos también irradia campos electromagnéticos que, a su vez, inducen corriente en los demás. Finalmente, la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la corriente que circula en el elemento parásito, y dependerá de la distancia entre los elementos, así como de la longitud y el diámetro del elemento parásito. La amplitud será de la misma magnitud que la del elemento radiador.

Antenas de UHF y Microondas

Las antenas para UHF (0.3 a 3 GHz) y para microondas (1 a 100 GHz) deben ser muy direccionales. Una antena tiene ganancia aparente porque concentra la potencia irradiada en un haz delgado, en lugar de enviarla por igual en todas las direcciones. Además, la abertura del haz disminuye al aumentar la ganancia de la antena. Las antenas de microondas suelen tener una abertura de haz a mitad de potencia del orden de 1° o menos. Un haz angosto minimiza los efectos de la interferencia, debido a fuentes externas y antenas adyacentes. No toda la energía electromagnética emitida por una antena de microondas se irradia en la dirección del lóbulo principal; parte de ella se concentra en los lóbulos laterales, que pueden ser fuentes de interferencia hacia o desde otras trayectorias de señal de microondas. En las antenas de microondas, es muy importante la eficiencia direccional, que se define como la relación entre su ganancia máxima en la dirección de la antena y su ganancia máxima en la dirección trasera. La eficiencia direccional de una antena de microondas es crítica en el diseño de un sistema de radio, porque las antenas de transmisión y recepción en las estaciones repetidoras se ubican con focos opuestos entre sí, en la misma estructura. El tipo más común de antena de transmisión y recepción de microondas es el reflector parabólico.

Antena de Reflector Parabólico

Las antenas de reflector parabólico proporcionan ganancias y directividades extremadamente altas, y son muy utilizadas en los enlaces de comunicación por radio y satélite. Una antena parabólica consta de dos partes principales: un reflector y el elemento activo, llamado mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación encierra la antena primaria, que normalmente es un dipolo o una red de dipolos. La antena irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energía que le llega del mecanismo de alimentación. La reflexión produce una emisión muy concentrada y direccional, en la que todas las ondas individuales están en fase entre sí, y por consiguiente, un frente de onda en fase.

Reflectores Parabólicos

Los reflectores parabólicos se asemejan en forma a un plato o a una fuente. Para comprender cómo funcionan, es necesario entender la geometría de una parábola. Una parábola es una curva que se define como el lugar geométrico de un punto que se mueve de tal forma que su distancia a otro punto (llamado foco), sumada a su distancia a una recta (llamada directriz), es una longitud constante.

Una antena parabólica consiste en un reflector paraboloide iluminado por energía de microondas, irradiada por un sistema alimentador ubicado en el foco. Si la energía electromagnética se irradia desde el foco hacia el reflector parabólico, todas las ondas irradiadas recorrerán la misma distancia cuando lleguen a la directriz. La radiación se concentra a lo largo del eje X-Y y hay anulación en las otras direcciones. Un reflector parabólico funciona igualmente como antena receptora para ondas que lleguen en esa dirección.

Apertura del Haz de una Antena Parabólica

La radiación tridimensional procedente de un reflector parabólico tiene un lóbulo principal en la dirección X-Y. La apertura aproximada del haz es de -3 dB.

Eficiencia de la Antena Parabólica

La eficiencia de una antena parabólica no es del 100% debido a lo siguiente:

• La reflectancia de la superficie del plato no es perfecta, por lo tanto, una parte de la señal irradiada por el mecanismo de alimentación se absorbe en la superficie del plato.
• La energía cercana a las orillas del plato no se refleja, sino que se refracta en torno a la orilla.
• El mecanismo de alimentación no es una fuente puntual, sino que ocupa un área finita frente al reflector, formando una especie de sombra que no reúne ni enfoca energía.