Principios de Antenas: Generación y Propagación de Ondas Electromagnéticas

Antenas y la Generación de Ondas Electromagnéticas

Las antenas se basan en el principio de la radiación producida al circular una corriente eléctrica por un conductor. Esta corriente genera un campo magnético alrededor del conductor, cuyas líneas de fuerza son perpendiculares a la dirección de la corriente. Este campo magnético es variable y sigue las mismas ondulaciones de la corriente eléctrica de alta frecuencia que se le entrega a la antena.

Cuando el transmisor entrega una señal de corriente alterna (CA), esta aumenta desde cero voltios hasta su valor máximo. Al alcanzar el pico máximo de voltaje, la antena adquiere una carga eléctrica instantánea, que a su vez produce un campo eléctrico a su alrededor. Cuando la señal de corriente alterna empieza a decrecer de su valor máximo hacia cero, el campo eléctrico también decrece.

De lo anterior se concluye que en una antena coexisten un campo eléctrico y un campo magnético simultáneos. Ambos campos siguen las variaciones de la señal entregada a la antena y, fundamentalmente, son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación, formando así una onda electromagnética.

Polarización de Antenas

La polarización de una antena se refiere a la dirección del campo eléctrico dentro de la onda electromagnética emitida por esta. Por ejemplo:

• Las antenas verticales emiten un campo eléctrico vertical y se dice que están polarizadas verticalmente.
• Las antenas horizontales tienen, por lo tanto, polarización horizontal.

Para que haya una buena comunicación entre dos estaciones, estas deben tener el mismo tipo de polarización. Por ejemplo, en el caso de la Banda Ciudadana, se utilizan preferiblemente las antenas verticales tanto para las estaciones fijas como para las estaciones móviles.

Características Fundamentales de las Ondas Electromagnéticas

Los campos eléctricos y magnéticos que componen una onda electromagnética son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación. Además, están en fase, lo que significa que alcanzan sus valores máximos y mínimos al mismo tiempo. Su relación en todo momento está dada por la expresión:

E = c · B

Donde E es la magnitud del campo eléctrico, B es la magnitud del campo magnético, y c es la velocidad de la luz en el vacío.

Es crucial entender que los campos producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar sus fuentes y viajar a través del espacio (incluso en el vacío), creándose y recreándose mutuamente. Este fenómeno es la base de la propagación de las ondas electromagnéticas.

Aplicaciones: Radiodifusión y Transmisión Inalámbrica

Las señales de radiodifusión, como las de televisión o radio, son en realidad ondas electromagnéticas radiadas que viajan por el espacio. Estas ondas se emplean para transmitir señales de información a distancia sin necesidad de cables, lo que constituye la base de la comunicación inalámbrica moderna.

El Campo Eléctrico: Conceptos Fundamentales

El campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas. La magnitud de este campo decrece con la distancia a la fuente que lo provoca. En esencia, los campos eléctricos son generados por la presencia de cargas eléctricas.

Es importante destacar que la intensidad del campo eléctrico es inversamente proporcional a la distancia a la carga. Es decir, entre más lejos estén las cargas, menor será el campo eléctrico, y entre más cerca, mayor será el campo eléctrico.

Cuando se tienen múltiples cargas, cada una generando su propio campo eléctrico (E₁, E₂, ...), el campo eléctrico total se determina aplicando el principio de superposición. Este principio establece que el campo eléctrico resultante en un punto es la suma vectorial de los campos eléctricos individuales producidos por cada carga. Por lo tanto, para calcular el campo total, es indispensable el uso de vectores.

Ley de Gauss y Fuentes de Campo Eléctrico

Una de las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo es la Ley de Gauss. Esta ley establece que el flujo del campo eléctrico que atraviesa cualquier superficie cerrada es directamente proporcional a la carga neta que se encuentra en su interior.

Según la Ley de Gauss, las cargas positivas actúan como fuentes del campo eléctrico (las líneas de campo "salen" de ellas), mientras que las cargas negativas actúan como sumideros (las líneas de campo "entran" a ellas).