Fundamentos y Funcionamiento de Antenas: Parámetros, Tipos e Instalación

Fundamentos y Funcionamiento de Antenas

Las antenas son elementos transductores esenciales que convierten la señal electromagnética en energía eléctrica, la cual será distribuida por toda la instalación. Es crucial recordar que el dipolo debe colocarse según la polarización del campo eléctrico, ya sea horizontal o vertical.

El circuito equivalente de una antena es un generador de tensión alterna con una impedancia equivalente total de 300 Ω (Zi). El cable de conexión suele tener una impedancia de 75 Ω (Zo). El elemento adaptador de impedancias se denomina balun o adaptador de antena.

Parámetros Clave de las Antenas

Ganancia

Es la relación entre la tensión máxima captada por la antena y la captada por un dipolo de ganancia unitaria. Se expresa como: G = V_ant / V_dip o G (dB) = 20 log G.

Directividad y Ancho de Haz

La directividad es la capacidad de una antena para recibir señales predominantemente en ciertas direcciones y sentidos. Indica el ángulo en que una antena puede recibir. Cada parte de su patrón de radiación se denomina lóbulo.

El ancho de haz es el ángulo que forman los puntos donde la ganancia disminuye en 3 dB respecto del punto de máxima recepción.

Frecuencia y Ancho de Banda

Es el margen de frecuencias sobre el que la antena mantiene sus características operativas. Se representa en una gráfica denominada curva de respuesta en frecuencia, la cual permite identificar la ganancia máxima para cada una de las frecuencias de funcionamiento de la antena.

Polarización

Es la orientación del campo eléctrico de la onda electromagnética en el plano, que puede ser horizontal (H) o vertical (V).

Impedancia

Es la resistencia eléctrica de la antena en la frecuencia para la cual ha sido sintonizada.

Tipos Comunes de Antenas

Existen principalmente dos tipos, según su aplicación:

• Radiodifusión (AM y FM)
• Televisión

Antenas de Radio

Las antenas de radio suelen ser omnidireccionales, lo que significa que reciben señales en cualquier dirección. Generalmente, su ganancia es de 0 dB (no amplifican) y su polarización puede ser lineal o circular.

Antenas de Televisión (Tipo Yagi)

La antena más común para televisión es la Yagi. Está compuesta por:

• Un dipolo (elemento receptor)
• Un reflector (generalmente una pantalla de rejilla)
• Varios directores
• Un balun

En el dipolo se induce la corriente de radiofrecuencia. La pantalla o reflector actúa como concentrador de ondas, mientras que los directores estrechan y alargan el haz principal de recepción.

Consideraciones sobre Reflexiones

Es fundamental considerar las reflexiones para evitar la recepción de emisiones provenientes de direcciones distintas a la principal, lo que podría degradar la calidad de la señal.

Sujeción y Protección de Antenas

Las antenas se montan sobre mástiles robustos de metal para asegurar su resistencia al viento. La estructura debe conectarse a tierra (masa) por seguridad. La altura máxima recomendada para mástiles es de 6 a 8 metros; para alturas superiores, se requieren torretas.

Fundamentos de Ondas Electromagnéticas

Las moléculas de aire son capaces de reaccionar ante las variaciones de campos eléctricos y magnéticos. Estos dos campos se producen en planos perpendiculares y se radian conjuntamente como una onda electromagnética.

Parámetros Característicos de las Ondas

• Longitud de onda (λ): Se calcula como λ = c/f.
• Velocidad de propagación (c): Velocidad de la luz en el medio.
• Frecuencia (f): Número de ciclos por segundo.
• Potencia: Energía transportada por la onda.
• Polarización: Orientación del campo eléctrico (Horizontal H o Vertical V).

Principios Fundamentales de las Antenas

Una antena es un dispositivo esencial que realiza una doble función: convierte la corriente de radiofrecuencia (RF) en ondas electromagnéticas para su transmisión, y viceversa, transforma las ondas electromagnéticas en corrientes de RF para su recepción.

La Antena como Circuito Resonante

Para entender el funcionamiento de una antena, podemos visualizarla como un circuito resonante paralelo, compuesto por:

• Un condensador, asociado al campo eléctrico.
• Una bobina, asociada al campo magnético.

Una antena, en su forma más básica como el dipolo, puede conceptualizarse como un circuito tanque al que se le han separado las armaduras del condensador y se ha estirado el hilo de la bobina. Este proceso físico permite la radiación y recepción de ondas electromagnéticas.