Fundamentos y Clasificación de Antenas: Conceptos Esenciales
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Introducción a las Antenas y sus Funciones
La **antena**, junto al transmisor y las líneas de transmisión, es el tercer elemento más importante de un sistema de comunicación.
Funciones Primordiales de la Antena
- Convertir la **energía electromagnética** del transmisor (Tx) que viaja por la línea en energía electromagnética que se propaga en el espacio.
- Adaptar la **impedancia** del generador a la impedancia del espacio.
- Captar de nuevo esa energía electromagnética en el espacio para ser utilizada en el receptor.
Tipos de Antenas (Visión General)
- Monopolos y dipolos.
- Antenas direccionales tipo Yagi.
- Antenas helicoidales.
- Antenas diédricas.
- Antenas parabólicas.
- Bocinas.
Diagrama de Radiación
El **diagrama de radiación** es la representación gráfica de la radiación de la antena en las diferentes direcciones del espacio.
Características Clave de las Antenas
La **impedancia** es la relación entre la tensión y la corriente en los bornes de entrada de la antena.
La **polarización** es la orientación del vector campo eléctrico de la onda radiada por la antena en una dirección dada. Puede ser **vertical** u **horizontal**.
La **ganancia** es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección por una antena y la densidad de potencia que radiaría en la misma dirección una antena isotrópica a igual distancia y potencia entregada a la antena.
La **directividad** es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y distancia por una antena y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica a igualdad de potencia total radiada.
El **ancho de banda** y el **factor Q** son parámetros importantes que describen el rango de frecuencias en el que una antena opera eficientemente.
La **PRA** (Potencia Radiada Aparente) es el producto de la potencia entregada a una antena por su ganancia respecto al dipolo de media onda.
Tipos Específicos de Antenas
Dipolo
El **dipolo** se compone de dos cilindros conductores radiantes, rectilíneos y colineales, con una longitud de 1/4 λ y un radio mucho menor que su largo. Son generalmente **omnidireccionales**. Existen variantes como el **dipolo simple**, en **V invertida**, **plegado**, **eléctricamente acortado** y **circular**.
Monopolo
Los **monopolos** se utilizan para la transmisión de frecuencias bajas (longitud de onda elevada), ya que la longitud física de estas antenas es muy grande. Son de **polarización vertical**.
Antenas Direccionales Yagi-Uda
La **antena direccional Yagi-Uda** es muy utilizada en las bandas de **VHF** y **UHF**. Permite obtener grandes ganancias con antenas de reducidas dimensiones y utiliza **polarización lineal**.
Helicoidal
La **antena helicoidal** está constituida por un conductor grueso arrollado en hélice, y sus dimensiones son función de la frecuencia de trabajo. Poseen **polarización circular** y un gran **ancho de banda**.
Diédrica
La **antena diédrica** está formada por un dipolo situado en la bisectriz de un reflector diédrico. Los lados del diedro deben tener una longitud de 2λ.
Parabólica
La **antena parabólica** está formada por un reflector parabólico que concentra toda la energía en un punto denominado **foco**. Los frentes de onda inicialmente esféricos que emite este dispositivo se convierten en frentes de onda planos al reflejarse en dicha superficie.
De Bocina
Las **antenas de bocina** son estructuras radiantes que consisten en realizar un ensanchamiento a la guía de ondas de una manera controlada para adaptar su **impedancia** al espacio libre, sin que esta pierda el modo de transmisión y las propiedades de la guía.
Logarítmico-Periódica
La **antena logarítmico-periódica** tiene varios elementos que resuenan a una frecuencia distinta. La unión de todos estos elementos, en una disposición logarítmica, permite construir un sistema resonante con un gran **ancho de banda**.
Arrays
Los **arrays** son antenas compuestas por un número de radiadores idénticos ordenados regularmente y alimentados para lograr un **lóbulo de radiación** específico.
Tipos de Arrays
- **Lineales**: elementos dispuestos sobre una línea.
- **Planos**: agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.
- **Arrays conformados**: tienen las antenas sobre una superficie curva.