En los sistemas de radio se utilizan muchos tipos diferentes de antenas cuyas propiedades están especialmente diseñadas para aplicaciones particulares.
Muy a menudo, el mayor efecto se debe al tamaño ( longitud de onda ) de las ondas de radio que la antena debe interceptar o emitir.
Un segundo efecto que compite son las diferencias en la optimización para la recepción y la transmisión.
Una tercera influencia competitiva es el número y el ancho de banda de la (s) frecuencia(s) que cualquier antena debe interceptar o emitir.
Categorías de antenas y resumen de secciones del artículo
Las antenas se pueden clasificar de varias maneras, y varios autores organizan los diferentes aspectos de las antenas con diferentes prioridades, dependiendo de si su texto se centra más en bandas de frecuencia específicas; o en el tamaño de la antena, la construcción y la viabilidad de su colocación; o en explicar los principios de la teoría y la ingeniería de radio que subyacen, guían y limitan el diseño de antenas. Esta sección enumera las secciones y subsecciones del artículo en grupos, y cada grupo de antenas encaja entre sí según algún principio de funcionamiento eléctrico de uso común: En al menos un aspecto, todas las antenas agrupadas funcionan de la misma manera. La clasificación y las subclasificaciones que se muestran a continuación siguen las que se utilizan normalmente en la mayoría de los libros de texto de ingeniería de antenas . [1] [2] [3] [4] (pág. 4)
La lista que aparece a continuación es un resumen de las distintas partes de este artículo, y los enlaces en negrita llevan a las subsecciones correspondientes. Los enlaces dentro de las secciones enlazadas llevan a otros artículos de Wikipedia sobre ese tipo de antena.
Antenas simples
Existen tres tipos de antenas "simples": dipolos, monopolos y bucles. Los tres tipos de antenas simples se utilizan normalmente (pero no necesariamente) en frecuencias en las que resuenan por sí mismas . [a] Las antenas "simples" también se utilizan como bloques de construcción para los tipos de antenas más complicados, como las antenas compuestas. Las antenas simples suelen subdividirse en
Antenas lineales
Las antenas de “hilo recto” o “de línea recta” en raras ocasiones se denominan antenas “eléctricas”, ya que se acoplan exclusivamente a la parte eléctrica de las ondas de radio electromagnéticas que emiten y absorben.
Dipolo
Antenas de dos brazos, como " orejas de conejo ". Para la resonancia, cada brazo está ligeramente por debajo de un cuarto de onda de base a extremo, lo que hace que toda la antena sea casi de media onda de extremo a extremo.
Monopolo
Antenas de un solo brazo, como una antena "telescópica" única. En la frecuencia de resonancia más baja, ese brazo tiene una longitud de poco menos de un cuarto de onda.
Tanto los dipolos como los monopolos suelen construirse lo suficientemente grandes como para ser auto-resonantes; normalmente cada brazo tiene un cuarto de onda de longitud, aunque las antenas de látigo pequeñas y los tipos de cables aleatorios no planificados específicamente no tienen el tamaño adecuado para la resonancia natural.
Antenas de bucle
Los bucles son antenas con forma de anillo hechas de segmentos de alambre o tubo de metal doblados en forma de círculo o polígono , cualquier figura bidimensional regular o irregular que se cierra sobre sí misma. En raras ocasiones, todos los bucles se denominan genéricamente antenas "magnéticas" , [b] ya que interactúan exclusivamente con la parte magnética de las ondas de radio que pasan a través de ellos.
Bucles grandes
Los bucles "grandes" son antenas de bucle cuyo perímetro es ligeramente superior a una longitud de onda completa en su frecuencia de diseño; son naturalmente resonantes en todas las frecuencias que son múltiplos enteros de esa frecuencia de diseño.
Antenas Halo
Los "halos" son bucles con un pequeño espacio cortado en ellos, que resuenan naturalmente en la frecuencia donde la longitud de su perímetro es media longitud de onda .
Pequeños bucles
Las antenas de bucle "pequeñas" son bucles de alambre o tubo diseñados para usarse como antenas en frecuencias donde su perímetro es menor que media onda; no son naturalmente resonantes en ninguna frecuencia en la que se usan, y deben resonar artificialmente, generalmente colocando un capacitor en su punto de alimentación.
Antenas compuestas
Las antenas compuestas se fabrican combinando una o más antenas simples con otras antenas simples o con algún tipo de superficie reflectante formada en forma de pantalla, cortina o plato curvo . Por lo general, solo una de las antenas componentes es resonante en la frecuencia de diseño y, por lo general, la línea de alimentación se conecta a ese componente resonante.
Antenas compuestas de banda ancha
Las antenas pueden fabricarse para que sean de "banda ancha" de varias maneras diferentes. Quizás el método más común de banda ancha es combinar dos o más antenas diferentes, conectadas en un único punto de alimentación compartido, en el que cada componente independiente acepta fácilmente potencia de transmisión en una frecuencia diferente. La antena combinada cubre entonces más frecuencias que una antena simple.
Las antenas de apertura están hechas de una superficie reflectante exterior circundante de muchas longitudes de onda de ancho, cuya forma concentra las ondas que golpean la superficie en una antena interior pequeña y simple; la antena interior puede ser resonante o no resonante y de cualquier tipo.
Los dos subtipos de compuestos, antenas de matriz y antenas de apertura, no están especialmente relacionados y a menudo se enumeran por separado como tipos distintos.
Antenas de ondas viajeras
Las antenas de ondas viajeras son uno de los pocos tipos de antenas que normalmente no son autorresonantes : las ondas eléctricas inducidas por las ondas de radio recibidas viajan a través del cable de la antena en la dirección en la que viajan las señales de RF que llegan . Solo se recogen las ondas eléctricas que viajan hacia el punto de alimentación; las ondas que se alejan del punto de alimentación se conectan a tierra a través de una resistencia de terminación en el extremo opuesto. La terminación resistiva hace que la antena reciba en una sola dirección, similar a una antena de apertura pero mucho más simple de construir. Para hacerlas aún más direccionales, se fabrican con varias longitudes de onda de longitud, por lo tanto, no se pueden dirigir. La absorción en la resistencia de terminación las convierte en radiadores ineficientes, pero aún así a veces se usan para transmitir, ya que funcionan en cualquier frecuencia.
Otras antenas
Inevitablemente, algunas antenas no encajan cómodamente en ningún tipo básico, por lo que la última sección sobre antenas reales es una categoría de "todo lo demás" para algunas antenas peculiares que no encajan claramente en ninguna de las categorías o subcategorías utilizadas en este artículo; por ejemplo, antenas de alambre aleatorias y antenas que se colocan en el suelo en lugar de elevarse en el aire.
Antena isotrópica
La última sección es para un tipo único de antena "falsa", llamada antena isotrópica o radiador isotrópico . Es una ficción conveniente utilizada como el "peor caso posible" para comparar el rendimiento de directividad de las antenas reales. Aunque ninguna antena real puede ser exactamente isotrópica, algunas antenas se construyen para que sean lo más isotrópicas posible; se utilizan como antenas de respaldo de emergencia y como equipo de prueba para otras antenas: Debido a que la intensidad de la señal recibida y transmitida es (casi) la misma en todas las direcciones, funcionan sin necesidad de que sean mejores que una orientación muy rudimentaria, si es que lo son.
Antenas simples
La categoría de antenas simples consta de dipolos , monopolos y antenas de bucle . Casi todas se pueden fabricar con un solo segmento de cable (sin tener en cuenta la interrupción que se hace en el cable para la conexión de la línea de alimentación). [ cita requerida ]
Los dipolos y monopolos se denominan antenas lineales (o antenas de hilo recto ) porque sus partes radiantes se encuentran a lo largo de una única línea recta. En raras ocasiones se denominan antenas eléctricas porque interactúan con la parte eléctrica de la radiación de RF, a diferencia de las antenas de espira, que son magnéticas .
Antena torniquete de dos elementos para recepción de datos de satélite meteorológico, 137 MHz. Tiene polarización circular.
El dipolo consta de dos conductores, normalmente varillas o cables metálicos, dispuestos habitualmente simétricamente, de extremo a extremo, con un lado de la línea de alimentación equilibrada del transmisor o receptor unido a cada uno, y normalmente elevado lo más alto posible sobre el suelo. [3] [c]
Algunas variedades de dipolos difieren solo en tener puntos de alimentación descentrados o puntos de alimentación en sus extremos, otros varían la alineación o la forma de los brazos del dipolo. [6]
El tipo más común, el dipolo de media onda , consta de dos elementos resonantes de poco menos de un cuarto de longitud de onda de largo. Esta antena irradia al máximo en direcciones perpendiculares al eje de la antena, lo que le da una pequeña ganancia directiva de 2,15 dBi. Aunque los dipolos de media onda se utilizan solos como antenas omnidireccionales, también son un componente básico de muchas otras antenas direccionales más complicadas.
No es necesario que una antena sea resonante para transmitir bien, más bien se prefiere la resonancia para alimentarla fácilmente con energía; [7] [8] [6] cuando una antena dipolo se construye intencionalmente para operar en una frecuencia por debajo de la resonancia (mediante el uso de un transmatch ) los radioaficionados a veces llaman a la antena un "doblete". (El término no se distingue estrictamente; muchos lo usan como sinónimo de "dipolo". [6] ) A menudo, los "dobletes" se dimensionan cuidadosamente para evitar la resonancia, a fin de que la adaptación de impedancia sea menos desafiante.
Un dipolo plegado típico consta de dos dipolos de media onda montados en paralelo entre sí, separados unos centímetros, con los extremos más alejados conectados. Solo se alimenta uno de los dipolos, y el segundo dipolo se conecta directamente a través del centro donde el primero tiene el punto de alimentación habitual. La versión de dos cables se describe a menudo como una "antena de bucle aplastado", ya que la longitud total del cable es una longitud de onda, y la eficiencia / resistencia a la radiación del dipolo plegado es muy alta: 4 veces la de un solo dipolo, [ cita requerida ] análoga a la alta eficiencia de los bucles grandes. Se puede agregar cualquier número de cables paralelos similares, con la eficiencia aumentando como el cuadrado del número de cables paralelos; por lo tanto, un dipolo plegado de tres cables sería 9 veces más eficiente.
Antena en forma de "V" invertida
Cuando los dos brazos de un dipolo son rectos individualmente, pero doblados uno hacia el otro en forma de "V", en un ángulo visiblemente menor a 180°, el dipolo se llama antena en "V", y cuando los extremos más alejados del dipolo están colocados más cerca del suelo que el centro, se llama "V" invertida (raramente, una "Λ", antena Lambda ). La "V" invertida es popular porque proporciona parte del buen rendimiento eléctrico de un dipolo, pero solo requiere erigir un punto de montaje alto, mientras que un dipolo ordinario requiere al menos dos, a menudo tres. Debido a las reflexiones en el suelo, la "V" invertida tiende a ser principalmente omnidireccional , pero dependiendo del ángulo central, ligeramente direccional hacia la apertura de la "V". [8] [6] [d]
pendiente
Un dipolo inclinado o sloper es un cable de media onda que desciende en pendiente desde un único punto de montaje elevado. Normalmente se alimenta por su centro con la línea de alimentación en pendiente perpendicular desde el cable inclinado hacia una estaca en el suelo cerca de la base del mástil. La elaborada pendiente perpendicular de la línea de alimentación sirve para evitar que interactúe con la antena. El extremo más alejado del sloper se fija mediante un cordón a un poste corto o se sujeta mediante un cordón aislado a un anclaje de tierra. Es popular porque requiere solo un único mástil y, con un buen sistema de tierra debajo de él, tiene un patrón casi omnidireccional. [2] [6]
Viento
Su nombre más apropiado es dipolo alimentado descentrado , ya que la antena "Windom" original era ligeramente diferente, pero la reutilización común del nombre antiguo es bien entendida. El Windom moderno es un dipolo que se alimenta aproximadamente a un tercio de la distancia desde uno de sus extremos, pero por lo demás se erige como un dipolo ordinario, incluidas la mayoría de las variaciones de dipolo (como los dipolos en "V" invertida y los dipolos de pendiente). La ubicación de alimentación elegida estratégicamente tiene una impedancia bastante alta, pero fortuitamente tiene aproximadamente la misma impedancia alta en la mayoría de sus armónicos (pero no en todos; por ejemplo, el 3.er o 6.º armónico normalmente no se pueden usar). (Los detalles varían con ligeros ajustes en la ubicación del punto de alimentación descentrado). La antena Windom es popular porque tiene todas las ventajas de un dipolo ordinario, pero funciona bien en casi el doble de frecuencias de onda corta que un dipolo alimentado central de tamaño idéntico. El precio de las frecuencias de trabajo adicionales es el necesario para igualar una impedancia de alimentación 5-7 veces mayor que la impedancia estándar de 50 ohmios del transmisor. [2] [e] Debido a que el punto de alimentación está ubicado cerca del extremo de alto voltaje de la antena, su línea de alimentación tiende a acoplarse capacitivamente al dipolo, lo que genera corrientes desequilibradas, lo que luego causa radiación de la línea de alimentación si no está bloqueada por dos o tres baluns . Los diseños modernos, por ejemplo, un "Carolina Windom", explotan la corriente de la línea de alimentación radiante y solo la bloquean cerca de donde el cable llega al suelo, de modo que la radiación de la línea de alimentación vertical llena los espacios que se forman en el patrón de radiación del dipolo horizontal en resonancias más altas. [2]
Dipolo alimentado por el extremo
Un dipolo se puede alimentar desde muy cerca de su extremo (necesitando estar solo a unos 1/20 th de la longitud del dipolo desde el extremo real) pero las impedancias de los extremos son extremadamente altas: unos pocos miles de ohmios, dependiendo de la altura promedio de la antena y el grosor de su cable. La ubicación del extremo tiene una impedancia inconvenientemente alta, pero es aproximadamente la misma impedancia alta para todos los armónicos y la acomodación para cualquier armónico será casi correcta para todos los demás armónicos. El beneficio de las amplias medidas necesarias para adaptarse a la alta impedancia [f] es que la antena puede funcionar bien en cada armónico (sin excepciones, a diferencia de un "Windom") y, por lo tanto, se puede usar para transmitir en exactamente el doble de frecuencias que un dipolo de alimentación central del mismo tamaño (solo armónicos impares factibles). [2] [g]
Dos antenas dipolo montadas en ángulo recto, alimentadas con una diferencia de fase de 90°. Esta antena es inusual porque irradia en todas las direcciones (sin nulos en el patrón de radiación), con polarización horizontal en direcciones coplanares con los elementos, polarización circular normal a ese plano y polarización elíptica en otras direcciones. Se utiliza para recibir señales de satélites, ya que muchos de ellos transmiten polarización circular.
Un tipo de antena con elementos que consisten en láminas de metal montadas sobre un plano de tierra. Similar a un dipolo con una ganancia de 6 a 9 dBi. Integrada en superficies como los fuselajes de los aviones. Su fácil fabricación mediante técnicas de PCB las ha hecho populares en los dispositivos inalámbricos modernos. A menudo se combinan en matrices.
Dipolo con brazos en forma de cono, con el punto de alimentación donde se encuentran sus puntas; a veces se los llama "dipolos gordos" o " bolos dobles ". Presentan un ancho de banda más amplio que los dipolos ordinarios, hasta tres octavas por encima de su frecuencia base. La versión monopolar se llama antena discono . [h]
Una "antena de moño" es una versión aplanada de una antena bicónica , con ventajas de banda ancha similares. También llamadas antenas de mariposa , son dipolos con brazos en forma de triángulos o puntas de flecha ( ⧓ ⨝ ⪥ ); el punto de alimentación de la antena es donde se encuentran las puntas de los triángulos. Los triángulos pueden ser una lámina de metal con centros de metal sólido ( ⧓ ), o dos cables con sus extremos más alejados conectados ( ⨝ ) delineando la forma de una pajarita , o con extremos no conectados en forma de "X" ( ⪥ ). [6] [h]
Monopolos
Antena de látigo de cuarto de onda en una radio FM para 88–108 MHz
Antena 'T' de estación de radioaficionado, de 80 pies de altura, utilizada a 1,5 MHz.
Antena unipolar plegada con un mástil de metal sólido rodeado por seis cables de faldón, sujetos mediante separadores aislados
Una antena monopolar es un medio dipolo (ver arriba); consiste en un solo conductor como una varilla de metal, generalmente montada sobre el suelo o una superficie conductora artificial (un llamado plano de tierra ). [3] [9] A veces se clasifican junto con los dipolos (ver arriba) en la categoría más amplia de antenas lineales , o más simplemente antenas de alambre recto , [ cita requerida ] ya que su sección radiante es normalmente un alambre o tubo recto (lineal); rara vez, tanto los dipolos como los monopolos se denominan antenas eléctricas , [ cita requerida ] ya que interactúan con el campo eléctrico de una onda de radio, para contrastarlos con todos los tamaños de bucles, que son correspondientemente antenas magnéticas . [b]
Un lado de la línea de alimentación del receptor o transmisor está conectado al brazo radiante de la antena y el otro lado a tierra o al plano de tierra artificial. Las ondas de radio del monopolo reflejadas en el plano de tierra parecen provenir de una antena de imagen ficticia aparentemente debajo del plano de tierra , con el monopolo y su imagen fantasma formando efectivamente un dipolo. Por lo tanto, la antena monopolo tiene un patrón de radiación idéntico a la mitad superior del patrón de una antena dipolo similar y una eficiencia de radiación [ cita requerida ] un poco menor que la mitad de un dipolo. Dado que toda la radiación del dipolo equivalente se concentra en un semiespacio, la antena tiene el doble de ganancia (+3 dB) que un dipolo similar, sin tener en cuenta la potencia perdida en el plano de tierra. [2]
El monopolo más común es vertical ,1/ 4 ola alta, que es el tamaño mínimo para que resuene por sí misma; un tamaño menos utilizado, pero con mejor rendimiento es 5/ 8 onda .[i]Un monopolo de un cuartode ondatiene una ganancia de 5,12 dBi cuando se monta sobre un buenplano de tierrapatrón de radiaciónde un solo monopoloesomnidireccional, por lo que se utilizan para una amplia cobertura de un área y, cuando se monta verticalmente, para tenerpolarización vertical, ya que lasondas terrestresutilizadas para transmitir a frecuencias inferiores a 2 MHz deben estar polarizadas verticalmente para reducir la absorción de la señal por la Tierra.[2]Las antenas monopolo verticales grandes se utilizan para transmitir en la mitad inferior de labanda HFy todas lasbandasMF,LFy. Los monopolos pequeños ("látigos") se utilizan como antenas compactas, pero de baja ganancia en radios portátiles en las bandas HF,VHFyUHF.
El nombre técnico más formal es hélice de modo normal . La antena más común utilizada en radios portátiles de dos vías y teléfonos inalámbricos debido a su compacidad. Consiste en una hélice de cable eléctricamente corta . La forma helicoidal agrega inductancia para cancelar la reactancia capacitiva del radiador corto, lo que lo hace resonante. Como todas las antenas eléctricamente cortas, es casi isotrópica [ cita requerida ] : tiene una ganancia muy baja, si es que tiene alguna. No debe confundirse con la hélice de modo axial de forma similar, pero mucho más grande ( ver a continuación ). [j]
Antena de látigo con varias varillas que se extienden horizontalmente desde la base del látigo en un patrón en forma de estrella, similar a una corona radiada invertida, que forma el plano de tierra elevado artificial que le da a la antena su nombre. Las varillas del plano de tierra se unen al cable de tierra de la línea de alimentación, el otro cable alimenta el látigo. Dado que el látigo está montado sobre el suelo, las varillas horizontales forman un plano de tierra elevado justo debajo del látigo para reflejar su radiación lejos de la tierra y aumentar su ganancia . [2] Se utiliza para antenas de estación base elevadas para sistemas de radio móviles terrestres como policía, ambulancias y despachadores de taxis.
Torre de radio en la que la estructura de la torre actúa como antena. Forma común de antena de transmisión para estaciones de radio AM y otros transmisores de frecuencias medias y bajas . En su base, la torre suele estar montada, aunque no necesariamente, sobre un aislante cerámico para aislarla del suelo.
Monopolo plegado
Una antena monopolo plegada es la versión monopolar de un dipolo plegado : es un monopolo de cuarto de onda ordinario con un segundo cable paralelo al primero, a unos centímetros de distancia, con los extremos superiores de los dos cables conectados. El segundo cable se conecta directamente al sistema de tierra en lugar de conectarse al punto de alimentación como lo hace el primer cable. Agregar el segundo cable aumenta la eficiencia del monopolo en 4×, [ cita requerida ] y, en consecuencia, aumenta la impedancia del punto de alimentación, lo que brinda el beneficio adicional de hacer que la adaptación de impedancia al cable coaxial estándar sea algo más fácil. Similar a un dipolo plegado , se puede agregar un tercer cable para obtener 9× de eficiencia, y así sucesivamente. [2] Aunque el nombre es similar al unipolo plegado , las dos antenas son eléctricamente diferentes: el monopolo plegado es una antena mucho más simple.
El discono es una versión monopolar de una antena bicónica . El nombre de la antena describe su forma: un disco de metal sobre un cono de metal. El cono apunta hacia arriba y está hecho de metal sólido, malla de alambre o una falda de aproximadamente una docena de alambres inclinados que delinean un cono. El cono mide cerca de un cuarto de onda de largo a lo largo del costado desde la punta hasta el borde inferior, en la frecuencia más baja de la antena. Hay un disco de metal plano más pequeño montado horizontalmente, ligeramente por encima de la punta del cono; a veces, el disco sólido se reemplaza por una corona radiada de varillas de metal, similar a la base de una antena de plano de tierra. Uno de los cables de alimentación se conecta a la punta del cono, el otro cable al centro del disco. Un discono es una banda excepcionalmente ancha, que ofrece una relación de rango de frecuencia de hasta aproximadamente 10:1, más de tres octavas por encima de la frecuencia más baja de la antena, pero por lo demás funciona tan bien como otros monopolos de cuarto de onda: es omnidireccional, polarizado verticalmente, igualmente eficiente que un monopolo y tiene una ganancia similar a la de un dipolo.
Antena de mástil modificada, generalmente conectada a tierra en su base, aumentada por uno o varios cables paralelos llamados "cables de faldón" que se unen al mástil en la parte media de la antena. Los cables de faldón se pueden unir a cualquier altura entre la parte media y la parte superior del mástil. Uno o más de los cables de faldón se alimentan con la señal, de manera similar a una adaptación gamma . La cantidad y el grosor relativo del mástil y los cables de faldón ajustan la impedancia del punto de alimentación . [k] Es mucho más elaborado y no es eléctricamente igual al monopolo plegado de sonido similar .
Media pendiente
Un dipolo de media pendiente es un cable de un cuarto de onda que desciende en pendiente desde un único punto de montaje elevado. Se alimenta en su punto de montaje superior, con el extremo inferior, más alejado, unido mediante un cable aislado a un poste corto o a un anclaje a tierra. Es una versión monopolar de un dipolo de pendiente (ver arriba); al igual que el dipolo de pendiente, es popular porque requiere solo un mástil. También como un dipolo de pendiente, tiene un patrón casi omnidireccional si se utiliza con un buen sistema de tierra, pero puede funcionar con un solo cable de contrapeso tendido en el suelo debajo del cable inclinado, unido en la parte inferior del mástil de soporte al cable de tierra del cable de alimentación. Debido a que sus corrientes más fuertes (cerca del punto de alimentación del extremo superior) son altas, tiende a tener una señal más fuerte hacia el horizonte (mejor ganancia de ángulo bajo) que un monopolo alimentado cerca de su base. [2] Es algo así como una versión monopolar de un dipolo en "V" invertida.
Consiste en un cable horizontal largo suspendido entre dos torres con aisladores, con un cable vertical colgando de él, formando la forma de la letra "T". El cable vertical colgante es la parte radiante de la antena y se conecta a una línea de alimentación al receptor o transmisor en uno de los cables de alimentación; el otro cable de la línea de alimentación se conecta a una tierra de baja resistencia obligatoria . Normalmente, la altura de una antena "T" es menor que el cuarto de longitud de onda requerido para la resonancia. Se distingue de la antena "L" similar por el punto de conexión del cable radiante colgante: Para la antena "T", el cable colgante se conecta al centro exacto del cable superior horizontal. Se utiliza en las bandas de MF y HF inferiores . Dado que a estas frecuencias el cable vertical es eléctricamente corto (mucho más corto que un cuarto de longitud de onda), el cable horizontal sirve como un "sombrero de capacitancia" para aumentar la corriente en el radiador vertical, mejorando la eficiencia y la ganancia . [2] [l]
'L' invertida
Similar en construcción a una antena en "T" descrita anteriormente, pero con el cable vertical colgante conectado a un extremo del cable horizontal en lugar del centro. El punto de conexión modificado le da a la antena la forma de la letra griega "Γ" . A diferencia de la antena en "T", tanto el cable vertical como el horizontal irradian, con su radiación respectiva polarizada vertical y horizontalmente, y su radiación combinada polarizada diagonalmente, generalmente en un ángulo pronunciado. Aunque todas las partes de la antena irradian, la radiación más fuerte proviene del cable vertical, por lo que el cable horizontal sirve tanto como un "sombrero de capacitancia" como un radiador débil. [2] [m]
En efecto, se trata de una L invertida alimentada por derivación, con el punto de alimentación conectado al cable horizontal, lo que hace que la antena tenga la forma de la letra "F" inclinada 90° hacia la derecha, por lo que tiene la forma de la letra Hangul ㄲ o del carácter de dibujo lineal ╓ . El punto de alimentación inusual con su ubicación ajustable a lo largo de la sección horizontal le da a la "F" invertida la buena adaptación del punto de alimentación de un unipolo y el tamaño compacto de una L invertida. La antena está conectada a tierra en la base y alimentada en algún punto intermedio, y la posición de ese punto de alimentación determina la impedancia de la antena, por lo que la impedancia del punto de alimentación se puede adaptar a la línea de alimentación sin necesidad de un transmatch separado .
Una versión elaborada y ampliada de una antena "T" ; es una antena de transmisión de cable muy grande que se utiliza en bandas VLF para señales horarias VLF o comunicaciones submarinas de largo alcance . En relación con las longitudes de onda aún mayores para las que se utiliza, es paradójicamente una antena ultracorta, por lo que tiene un ancho de banda extremadamente estrecho. Consiste en una torre radiante central con múltiples cables unidos en la parte superior, que se extienden radialmente desde el mástil y están aislados en los extremos, asemejándose a un marco de paraguas de metal. Al igual que otras antenas ultracortas, tiene una reactancia capacitiva extremadamente alta y una resistencia de radiación mínima, que requieren una bobina de carga grande y un sistema de contrapeso de baja resistencia .
Antenas de bucle
Las antenas de bucle consisten en un bucle (o bobina ) de alambre. Las antenas de bucle interactúan directamente con el campo magnético de la onda de radio, en lugar de su campo eléctrico como lo hacen las antenas lineales; por esa razón, en raras ocasiones se las clasifica como antenas magnéticas , pero ese nombre genérico es confusamente similar al término bucle magnético que normalmente se usa para describir bucles pequeños. [b] Su interacción exclusiva con el campo magnético las hace relativamente insensibles al ruido de chispa eléctrica en aproximadamente 1/ 6 longitud de ondade la antena.[3][10][2] Básicamente, existen dos grandes categorías de antenas de bucle:bucles grandes(obucles de onda completa) ybucles pequeños. El halo es la única antena de bucle que no encaja exclusivamente en labucle grandeobucle pequeño.
Bucles grandes
Los bucles de onda completa tienen la resistencia de radiación más alta y, por lo tanto, la mayor eficiencia de todas las antenas: sus resistencias de radiación son de unos pocos cientos de ohmios , mientras que los dipolos y monopolos son de decenas de ohmios, y los bucles pequeños y las antenas de látigo cortas son de unos pocos ohmios, o incluso fracciones de un ohmio. [2]
Los bucles grandes tienen un perímetro de una longitud de onda completa o mayor. Cuando tienen una, dos o tres longitudes de onda, o cualquier múltiplo entero de una longitud de onda, son naturalmente resonantes y actúan de manera similar al dipolo de onda completa o multionda. Cuando es necesario distinguirlos de los bucles pequeños, se los llama bucles de "onda completa". [n] [3] [10]
Medio bucle
la mitad superior de una antena de bucle de longitud de onda completa vertical montada en el suelo ( que no debe confundirse con la antena de medio cuadrado visualmente similar pero eléctricamente diferente que se describe a continuación, en antenas de matriz [o] , ni debe confundirse con la antena de halo , descrita a continuación ). El bucle completo se corta en dos puntos opuestos a lo largo de su perímetro, y se omite la mitad inferior; la mitad superior montada en el suelo en los puntos de corte, sobresaliendo del suelo como el asa de una cartera. Tiene la forma de la letra griega Π o una letra mayúscula U invertida , y es el análogo de antena de bucle de una antena monopolo montada en el suelo. De manera similar a cómo un monopolo vertical usa su sistema de tierra para producir una imagen "fantasma" del resto de un dipolo, la mitad inferior faltante del medio bucle se reemplaza por su imagen del plano de tierra. Si tiene la forma de la mitad de un cuadrado, un medio bucle puede funcionar como una antena de bucle o en su primer armónico como una antena dipolo cuyos extremos se han doblado y conectado a tierra. [11] [p]
Son antenas de bucle que se encuentran en un punto intermedio entre los bucles grandes y pequeños; tienen un perímetro de media longitud de onda, con un pequeño hueco cortado en el borde del bucle. Los " halos " son naturalmente resonantes en una frecuencia y tienen un tamaño y una función intermedios entre los bucles pequeños y grandes . A menudo se los describe como un dipolo de media longitud de onda que se ha plegado en un círculo. [3] [10] [2] [4] (pp 231–275)
El patrón aproximadamente omnidireccional de los halos se asemeja a pequeños bucles; su eficiencia de radiación se encuentra entre la eficiencia extremadamente alta de los bucles grandes y la eficiencia generalmente pobre de los bucles pequeños. Los halos son autorresonantes como los bucles de onda completa, pero no tienen armónicos superiores prácticos. En algunos aspectos, representan el límite superior extremo de tamaño de los bucles de transmisión pequeños. [3] [2] [4] (pp231–275)
Pequeños bucles
Las antenas de bucle pequeñas tienen una resistencia a la radiación muy baja (normalmente mucho menor que la resistencia a la pérdida del cable del que están hechas), lo que las hace ineficientes para transmitir. Su direccionalidad y su baja eficiencia de radiación son drásticamente diferentes a las de los bucles de onda completa. En el caso previsto de que el perímetro del bucle sea menor que la mitad de la longitud de onda, si el bucle necesita ser resonante, debe modificarse eléctricamente de alguna manera para que resuene artificialmente (normalmente, colocando un condensador en derivación en el punto de alimentación).
A pesar de sus inconvenientes, los bucles pequeños se utilizan ampliamente como antenas receptoras, especialmente en frecuencias inferiores a 10~20 MHz, donde su ineficiencia no es un problema y su pequeño tamaño los convierte en una solución útil para los tamaños excesivos incluso de las antenas de cuarto de onda. El hecho de que se puedan sintonizar de manera eficiente para aceptar solo un rango de frecuencia muy estrecho (similar a un preselector ) ayuda a aliviar gran parte de los problemas causados por la estática generalizada que siempre se encuentra en las ondas medias y las ondas cortas inferiores , donde los bucles pequeños son más populares. Los bucles pequeños se denominan "bucles magnéticos" ; también se denominan "bucles sintonizados" ya que los bucles pequeños generalmente deben modificarse agregando capacitancia para hacerlos resonar en alguna frecuencia más baja que cualquier otra en la que resonarían "naturalmente".
Los bucles de recepción pequeños tienen un tamaño de 1 /4~ 1/ 10 perímetros de onda , a veces con muchas vueltas de cable alrededor del mismo marco de soporte. Los bucles pequeños se utilizan ampliamente comode radiogoniometría, ya que su dirección "nula" es excepcionalmente precisa y su pequeño tamaño las hace mucho más compactas como equipo portátil quedireccionales basadas en dipolos.[3][10][2]
Los pequeños bucles de transmisión son antenas de bucle cuyos perímetros son más pequeños que media onda, que han sido optimizados específicamente para transmitir. Su tamaño mucho más pequeño que las antenas dipolo (solo ~10% del ancho) a veces las convierte en una opción viable cuando el espacio es limitado, a pesar de su menor eficiencia. Los pequeños bucles de transmisión se fabrican de mayor tamaño que la mayoría de los pequeños bucles de recepción, con perímetros cercanos a 1 /3~ 1 /4 onda ,[r]para mejorar su eficiencia generalmente pobre. Por esa misma razón, sus partes se unen cuidadosamente mediante soldadura fuerte o soldadura para reducir las pérdidas porresistencia. Debido a su mayor tamaño, los bucles de transmisión pequeños carecen de los nulos agudos de los bucles de recepción pequeños, por lo que no son tan útiles parala búsqueda de dirección, y también son más voluminosos (aproximadamente el doble del tamaño) por lo que no serían tan convenientes como los bucles pequeños más precisos para uso portátil enbúsquedas de radio.[2]
Direcciones nulas de bucle pequeño de alta precisión
Los nulos en el patrón de radiación de los bucles receptores pequeños y las antenas con núcleo de ferrita son bidireccionales y son mucho más nítidos que las direcciones de potencia máxima de las antenas de bucle o lineales, e incluso que la mayoría de las antenas de haz ; la direccionalidad nula de los bucles pequeños es comparable a la direccionalidad máxima de las antenas parabólicas grandes (antenas de apertura, ver más abajo). [ cita requerida ] Para localizar con precisión una fuente de señal, esto hace que la dirección nula del bucle receptor pequeño sea mucho más precisa que la dirección de la señal más fuerte, y las antenas de tipo bucle pequeño/núcleo de ferrita se utilizan ampliamente para la radiogoniometría (RDF).
La dirección nula de los bucles pequeños también se puede aprovechar para excluir señales no deseadas de una estación interferente o una fuente de ruido. [3] [10] [2] Se utilizan varias técnicas de construcción para garantizar que las direcciones nulas de los bucles receptores pequeños sean "nítidas", incluida la realización del perímetro 1/ 10 longitud de onda ,(o como máximo 1 /4 longitud de onda).de transmisiónpequeñosse hacen lo más grandes posible, hasta 1 /3 ola,o incluso 1 /2, si es posible, para mejorar su eficiencia generalmente pobre; sin embargo, al hacerlo se difuminan o borran los nulos direccionales de los pequeños bucles de transmisión.
Antenas compuestas
Las antenas compuestas están formadas por combinaciones de varias antenas simples combinadas para funcionar como una sola antena, [ cita requerida ] de manera similar a cómo una lente óptica compuesta combina múltiples lentes simples . De la misma manera, para las antenas que combinan (una) antena(s) simple(s) con una superficie metálica curva o una pantalla reflectora plana, el plato o cortina de metal funciona para las ondas de radio de manera similar a un espejo en los sistemas ópticos, por lo tanto, esas antenas son análogas a los telescopios reflectores y las luces Kleig .
Antena compuesta de banda ancha
Otros tipos de antenas compuestas suelen estar diseñadas para mejorar la direccionalidad de las antenas simples, pero una mejora del rendimiento diferente es fabricar una antena de banda ancha . Al combinar varias antenas simples en un punto de alimentación común, la antena compuesta puede fabricarse de banda ancha o de banda ancha o multibanda , es decir, para funcionar bien en varias frecuencias distintas o en un único intervalo de frecuencias más amplio. [s]
Dipolo en abanico
También llamado multidipolo : una variante común de dipolo de banda ancha y/o banda ancha que superficialmente se parece a la antena de pajarita, pero es eléctricamente diferente. Es un compuesto de pares de brazos dipolares; ambos brazos de uno de los dipolos tienen la misma longitud, pero cada par de dipolos tiene una longitud diferente de todos los demás pares. Los diversos brazos dipolares se extienden ( ⚞⚟ ⪫⪪ ⫸⫷ ) desde el punto de conexión central común de la antena combinada. [t]
Monopolo de ventilador
Un monopolo en abanico, o multimonopolo, es la mitad de un dipolo en abanico : combina varias antenas monopolo de distintos tamaños, todas ellas compartiendo el mismo punto de alimentación, cada una de ellas dimensionada para transmitir bien en una banda o subbanda diferente. Su diseño para banda ancha o comportamiento de banda ancha es esencialmente idéntico al del dipolo en abanico. [t]
Antena de radar de matriz en fase PAVE PAWS de la Fuerza Aérea de EE. UU. para detección de misiles balísticos, Alaska. Las dos matrices circulares están compuestas cada una por 2677 antenas dipolares cruzadas.
Antena de transmisión de televisión de cuatro bahías con forma de ala de murciélago, Alemania
Las antenas de matriz son compuestos de múltiples antenas simples, ya sean lineales o de bucle, o combinaciones de cada una. Las múltiples antenas simples alineadas en paralelo funcionan juntas como una sola antena compuesta. Las antenas simples constituyentes pueden ser dipolos, monopolos o de bucle, o una combinación de dipolos y bucles.
Los conjuntos de antenas Broadside consisten en múltiples elementos controlados idénticos y paralelos , generalmente dipolos, alimentados en fase, que irradian un haz perpendicular al plano que contiene las antenas simples.
Los elementos excitados de los conjuntos de radiación de extremo se alimentan desfasados, con la diferencia de fase correspondiente a la distancia entre ellos; irradian dentro del plano en el que se encuentran todas las antenas paralelas constituyentes. [3] [12] [4] (pp283–371)
Los conjuntos parásitos constan de múltiples antenas, normalmente dipolos, con un elemento excitado y el resto de elementos parásitos , que reirradian el haz que interceptan a lo largo de la línea de las varillas de la antena. Los conjuntos parásitos son los análogos de RF de las lentes ópticas compuestas hechas de combinaciones de lentes simples .
Un conjunto de antenas de banda ancha que consta de varios dipolos alimentados en fase, con sus ejes apilados uno sobre el otro, en una sola línea vertical. Es una antena omnidireccional de alta ganancia, lo que significa que se irradia más potencia en direcciones horizontales y se desperdicia menos radiando hacia el cielo o hacia el suelo. Ganancia de 8-10 dBi. Se utilizan como antenas de estación base para sistemas de radio móviles terrestres, como los de policía, bomberos, ambulancias y taxis, y como antenas sectoriales para estaciones base celulares .
También llamado rectángulo Moxon , es una versión plegada y de forma rectangular de una Yagi-Uda de dos elementos, por lo tanto, una matriz parásita mínima. [13]
Aunque "quad" puede referirse a un solo bucle en forma de cuadrilátero, el término generalmente se refiere a dos o más bucles apilados uno al lado del otro como una matriz parásita; a primera vista, los quads se parecen a un marco de cometa de caja . Solo uno de los bucles en el quad está conectado a la línea de alimentación, y ese bucle funciona como el controlador de la antena y es la fuente original para la señal radiada. Los otros bucles son elementos parásitos que actúan como reflectores o directores, enfocando las ondas radiadas en una dirección única más estrecha y, por lo tanto, aumentando la ganancia. Las antenas quad son antenas Yagi-Uda hechas de bucles en lugar de dipolos o monopolos, y también se utilizan como antenas direccionales en las bandas de HF para comunicación de onda corta. A veces se prefieren para longitudes de onda más largas porque (si son cuadradas) tienen la mitad de ancho que una Yagi construida a partir de dipolos y tienen una directividad ligeramente mejor. [3] [10] [2]
Conjunto de elementos dipolares de longitud decreciente en dirección longitudinal, todos conectados a la línea de transmisión con polaridad alterna. Es una antena direccional con un ancho de banda amplio, lo que la hace ideal para usarla como antena de televisión en tejados, aunque su ganancia es mucho menor que la de una Yagi de tamaño comparable. A veces se la denomina antena de "espina de pescado" porque parece las costillas de un pez. [u] Para longitudes de onda largas en la banda de HF inferior, el conjunto puede estar formado por monopolos montados en el suelo en lugar de dipolos.
Un conjunto de cuatro antenas dipolares (o monopolo) paralelas de doble haz, todas de igual tamaño y equidistantes, alineadas verticalmente en las cuatro esquinas de un cuadrado. Los cuatro dipolos están activados, pero con fases opuestas para los elementos dipolares adyacentes y fases idénticas para los elementos en las esquinas opuestas. El espaciado y la fase de los elementos dipolares hacen que la combinación de los elementos del conjunto sea moderadamente direccional.
Un conjunto de cortina es uno de los varios diseños de antenas de transmisión de banda ancha, direccionales, de gran tamaño y de larga distancia que se utilizan en HF por estaciones de radiodifusión de onda corta . Consiste en un conjunto rectangular vertical de dipolos idénticos suspendidos en una fila paralela frente a una pantalla reflectora plana (la "cortina"). La pantalla o cortina consta de una segunda fila de cables paralelos verticales, todos ellos sostenidos entre dos torres de metal. Está alineada para radiar de manera eficiente un haz horizontal de ondas de radio polarizadas verticalmente hacia el cielo apenas por encima del horizonte; una vez que la señal alcanza la ionosfera más allá del horizonte, el haz se refracta (o "rebota") en la capa F de regreso hacia la Tierra, para llegar igualmente más allá y sobre el horizonte, tal vez para reflejarse en el suelo para otro "salto". Hay varios diseños de conjuntos de cortina , entre ellos las cortinas Sterba , las cortinas bobtail y las antenas HRS ; la antena de medio cuadrado (abajo) es un conjunto de cortina mínimo, con solo dos elementos radiantes y sin pantalla reflectante.
Dipolos múltiples en una matriz bidimensional de banda ancha montados delante de una pantalla reflectora plana, generalmente llamada "cortina". Se utilizan para antenas de transmisión y recepción de televisión UHF y radar.
Es una antena de alta ganancia que se utiliza en frecuencias de microondas y UHF y que se puede orientar electrónicamente mediante el cambio de fase, desde un conjunto de onda longitudinal hasta un conjunto de onda transversal y todas las direcciones intermedias. Consiste en múltiples dipolos en un conjunto bidimensional, cada uno alimentado a través de un desfasador electrónico , que es controlado por un sistema de control informático. El haz se puede apuntar instantáneamente en cualquier dirección en un amplio ángulo frente a la antena. Se utiliza para radares militares y sistemas de interferencia .
Medio cuadrado
Un conjunto de antenas de banda ancha formado por dos monopolos verticales "invertidos". Sus puntas/bases colgantes corresponden eléctricamente a las partes superiores de los monopolos ordinarios y no están conectados a tierra. Los dos extremos superiores de los que cuelga cada monopolo corresponden eléctricamente a la base de un monopolo normal y son los puntos de alimentación nominales del monopolo (el punto de alimentación real para el sistema combinado a menudo se coloca en otro lugar). Los puntos de conexión en las partes superiores están interconectados por un cable de media longitud de onda, que sirve como cable de contrapeso y como línea de alimentación de fase cruzada. Las verticales son los radiadores y funcionan como un conjunto de cortina mínimo de dos elementos , similar a una cortina de cola corta. La estructura tiene la forma de la letra griega Π (que no debe confundirse con la antena de medio bucle de aspecto similar descrita anteriormente). [o] A diferencia de un medio bucle, ninguno de los elementos monopolares tiene ninguna conexión de CC a tierra debajo de él (aunque normalmente hay un acoplamiento capacitivo de RF considerable, que puede aprovecharse para acortar las verticales). El cable de conexión de media onda de arriba a abajo sirve como línea de desfase que mantiene la radiación de las dos antenas en fase, incluso si el punto de alimentación del sistema está conectado en otro lugar. Como la corriente de un monopolo de cuarto de onda es más alta cerca de su punto de alimentación, la alimentación superior nominal coloca la corriente de radiación máxima en lo alto, en la parte superior de cada monopolo. Como se alimentan por la parte superior, los monopolos invertidos producen una señal fuerte más abajo en el horizonte que un monopolo común alimentado por la parte inferior, cuya radiación máxima debe estar en ángulo hacia arriba desde la base para pasar por encima de las obstrucciones circundantes. [11]
También llamada superturnstile , es una antena de matriz lateral especializada que se utiliza para la transmisión de televisión VHF. Es una antena híbrida bicónica aplanada y torniquete, que consta de pares perpendiculares de dipolos con radiadores que se asemejan a las alas de un murciélago. La forma de ala de murciélago es una bicónica aplanada ("antena de mariposa") que proporciona un ancho de banda amplio que necesita la transmisión de televisión de canal completo. Apilar las alas de murciélago verticalmente en un mástil concentra más radiación de las antenas combinadas en la dirección horizontal y, con pares emparejados en ángulos rectos, cada par llena los nulos de su contraparte, lo que hace que su patrón de radiación combinado sea casi omnidireccional. [h]
Una antena de microondas de tamaño pequeño impresa en una placa de circuito impreso (PCB). Debido a las longitudes de onda cortas que maneja, la pequeña antena aún puede moldearse para lograr grandes ganancias en un espacio compacto, como una matriz de antenas de parche sobre un sustrato alimentado por líneas de alimentación de microbanda . A menudo, las antenas impresas en una PCB son compuestos de múltiples antenas pequeñas diferentes, cada una moldeada para tener ventajas de rendimiento complementarias que complementen las de las otras. Además, el ancho de haz y la polarización de los componentes se pueden reconfigurar activamente mediante circuitos de conmutación y ajuste de fase impresos en la misma placa. La facilidad de fabricación mediante las técnicas modernas de fabricación de PCB las ha hecho populares en los dispositivos inalámbricos modernos.
Antena de apertura
NASA Cassegrain , ganancia extremadamente alta ~70 dBi.
Antena de lente dieléctrica utilizada en radiotelescopios de ondas milimétricas.
Una antena de apertura consiste en un pequeño dipolo o antena de bucle de alimentación incrustada dentro de una estructura circundante tridimensional más grande que guía las ondas de radio desde la antena de alimentación en una dirección particular, y viceversa. La estructura de guía suele tener forma de plato o de embudo, y es bastante grande en comparación con una longitud de onda, con una abertura, o apertura , para emitir las ondas de radio en una sola dirección. Dado que la estructura de antena exterior en sí no es resonante, se puede utilizar para una amplia gama de frecuencias, reemplazando o resintonizando la antena de alimentación interior , que a menudo es resonante.
Antena directiva con una ganancia moderada de unos 8 dBi que se utiliza a menudo en frecuencias UHF. Consiste en un dipolo montado delante de dos pantallas metálicas reflectantes unidas en un ángulo, normalmente de 90°. Se utiliza como antena de televisión UHF para tejados y para enlaces de datos punto a punto.
La antena de alta ganancia más utilizada en frecuencias de microondas y superiores. Consiste en un reflector parabólico de metal en forma de plato con una antena de alimentación en el foco. Puede tener algunas de las ganancias más altas de cualquier tipo de antena, hasta 60 dBi, pero el plato debe ser grande en comparación con la longitud de onda. Se utiliza para antenas de radar , enlaces de datos punto a punto, comunicaciones por satélite y radiotelescopios .
Una antena de bocina tiene una bocina metálica ensanchada unida a una guía de ondas . Es una antena simple con una ganancia moderada de 15 a 25 dBi, utilizada para aplicaciones tales como pistolas de radar , radiómetros y como antenas de alimentación para antenas parabólicas.
Consiste en una guía de ondas con una o más ranuras cortadas en ella para emitir las microondas. Las antenas de ranura lineal emiten haces estrechos en forma de abanico. Se utilizan como antenas de transmisión UHF y antenas de radar marino .
Una antena de lente está hecha de una capa de material dieléctrico , una pantalla metálica o una estructura de guía de ondas de espesor variable, montada delante de una antena de alimentación . La guía de ondas/pantalla/dieléctrica refracta las ondas de radio, enfocándolas en la antena de alimentación, de manera similar a una lente de enfoque colocada delante de una linterna.
La parte "resonadora" consiste en una pequeña pieza de material dieléctrico en forma de bola o disco , colocada en la abertura de una guía de ondas, donde el material es excitado por las ondas que se introducen en el otro extremo de la guía. Si está bien diseñado, el material resonante re-irradia de manera eficiente las ondas absorbidas. Se utiliza en frecuencias de ondas milimétricas ( aprox. 10~100 GHz ).
Antena de ondas viajeras
Animación que muestra una antena de Beverage.
Antena cuadrante, similar a la rómbica , en una estación de transmisión de onda corta de Austria. Irradia un haz horizontal a 5-9 MHz, 100 kW
A diferencia de las antenas analizadas hasta ahora, las antenas de ondas viajeras no son resonantes, por lo que tienen un ancho de banda inherentemente amplio. [3] [4] (pp 549–602) Por lo general, son antenas de alambre que tienen múltiples longitudes de onda, a través de las cuales las ondas de voltaje y corriente viajan en una sola pasada, en una dirección, a diferencia de las antenas resonantes en las que las ondas rebotan de un lado a otro y forman ondas estacionarias .
Para que las antenas de ondas viajeras reciban en una sola dirección, normalmente se terminan con una resistencia en un extremo, cuya resistencia se adapta a la impedancia característica del cable de la antena . Al adaptar la impedancia de la terminación a la del cable de la antena, se maximiza la absorción de las ondas que viajan hacia ella por el cable de la antena por parte de la resistencia, por lo que casi no se reflejan señales no deseadas hacia atrás, hacia el punto de alimentación. Dado que la resistencia de terminación absorbe las ondas que viajan hacia la resistencia, la antena solo recibe las ondas que se alejan de la resistencia, hacia el punto de alimentación en el extremo opuesto. Cuando se utiliza para recibir, la terminación elimina más de la mitad del ruido de radio incidente, al tiempo que conserva toda la señal deseada.
Cuanto más larga sea una antena de ondas viajeras (en longitudes de onda ), más estrecha será su dirección de recepción, acercándose o superando el rendimiento de las antenas de haz compuesto . Las grandes longitudes típicas de las antenas de ondas viajeras las hacen indireccionables, por lo que se debe erigir una antena fija para cada dirección deseada.
Si se utiliza para transmitir, la resistencia hace que las antenas de ondas viajeras sean ineficientes, ya que la resistencia absorbe cualquier onda de radio después de que la onda haya hecho un solo paso a través del cable de la antena, a diferencia de una antena resonante en la que las ondas de radio van y vienen varias veces, lo que le da a la señal múltiples oportunidades de radiar. [x]
Sin embargo, debido a que la resistencia de terminación las hace no resonantes, las antenas de ondas viajeras pueden alimentarse fácilmente con energía independientemente de la frecuencia, a diferencia de las antenas resonantes sin transmatches , que están limitadas a frecuencias muy cercanas a sus resonancias. Debido a que no tienen restricciones prácticas en cuanto a la frecuencia, las antenas de ondas viajeras aún pueden ser favorecidas para transmitir si es legal y eléctricamente posible aumentar la potencia de transmisión a un vataje lo suficientemente alto como para que pueda compensar adecuadamente la considerable cantidad de energía desperdiciada como calor en la resistencia del extremo de terminación.
Antena de onda viajera unidireccional más simple. Consiste en un cable recto de una a varias longitudes de onda, suspendido cerca del suelo, conectado al receptor en un extremo y terminado en el otro extremo por una resistencia igual a su impedancia característica (típicamente 400~800 Ω ). Su patrón de radiación tiene un lóbulo principal en un ángulo poco profundo en el cielo a partir del extremo terminado. Se utiliza para la recepción de ondas ionosféricas reflejadas en la ionosfera en comunicaciones de onda corta de "salto" de larga distancia .
Consta de cuatro secciones de cable iguales con forma de rombo ( 〈〉 ). Se alimenta mediante una línea de alimentación balanceada en una de las esquinas agudas, y los dos lados están conectados a una resistencia igual a la impedancia característica de la antena en la otra esquina aguda. Tiene un lóbulo principal en dirección horizontal que sale del extremo terminado del rombo. Se utiliza para la comunicación por ondas ionosféricas en bandas de onda corta en circunstancias en las que es práctico aumentar la potencia de transmisión lo suficiente para compensar la potencia disipada en la resistencia de terminación.
Las antenas de ondas con fugas se utilizan para frecuencias de microondas en las que las señales de microondas normalmente pasan a través de guías de ondas en lugar de cables sólidos. Se fabrican cortando ranuras o "aberturas" en una guía de ondas o un cable coaxial , lo que permite que la señal irradie a lo largo de la ranura (de ahí el nombre de ondas con fugas).
Consiste en un alambre en forma de hélice montado encima o delante de una pantalla reflectora ( ⸠ꕊ ) cuya longitud total enrollada es del orden de al menos una longitud de onda . Irradia ondas polarizadas circularmente en un haz que sale por el extremo abierto de la hélice, con una ganancia típica de 15 dBi. Se utiliza en frecuencias VHF y UHF donde los tamaños de antena son factibles. A menudo se utiliza para la comunicación por satélite, que utiliza polarización circular porque es insensible a la rotación relativa en el eje del haz. [y] No debe confundirse con una antena "de patito de goma" (hélice de modo normal), que es mucho más pequeña. [j]
Otros tipos de antenas
A continuación se presentan algunos tipos de antenas que no encajan cómodamente en ninguno de los tipos simplificados que se enumeran anteriormente. Tenga en cuenta que, aunque puede parecer una broma describir las antenas que se colocan en el suelo (¡o incluso enterradas en él!) en lugar de colocarlas en el aire, en realidad funcionan, aunque con limitaciones.
Antenas con terminación resistiva
Un método para fabricar una antena de banda ancha es colocar una terminación resistiva en la antena. La terminación resistiva se utiliza para inhibir la resonancia y, en consecuencia, reducir la reactancia molesta que se encuentra en las antenas resonantes en sus frecuencias no resonantes y cerca de sus frecuencias antiresonantes ; esto permite un rendimiento adecuado en cualquier frecuencia, pero a costa de desperdiciar algo de potencia de transmisión en la resistencia. Algunos ejemplos son el monopolo coaxial de jaula terminado (TC²M), [14] el dipolo plegado terminado inclinado (T²FD) y la antena Robinson-Barnes similar (esencialmente una T²FD con un segundo cable radiante paralelo al primero). [15] [z]
Antenas terrestres, antenas enterradas y antenas terrestres
Las antenas terrestres están hechas de cables enterrados bajo el suelo, por lo que también se las llama antenas enterradas ; si se colocan sobre el suelo en lugar de enterrarse en él, se las llama antenas terrestres . La mayoría del uso amateur se limita a antenas receptoras no direccionales de frecuencias medias y bajas , pero los dipolos terrestres transmisores [aa] se utilizan para la comunicación militar con submarinos . Para que funcione, el cable debe estar lo suficientemente cerca de la superficie del suelo para que las ondas de radio penetren y lo alcancen; las ondas medias y largas son mucho mejores para penetrar el suelo, y esas son las frecuencias en las que más se utilizan las antenas enterradas, aunque todavía son poco frecuentes. [16] [ab]
Una antena de cable típica para recepción de ondas cortas , tendida entre dos edificios, con un segmento extendido hacia un poste remoto. Suponiendo que el edificio tiene unos 20 pies de alto, la longitud del cable parece ser del orden de 100 pies, demasiado corta para ser una antena de alta frecuencia para bebidas .
Moxon (1993) describe la antena de cable aleatorio como un "trozo extraño de cable" . [13] [ página necesaria ] Es la típica antena informal erigida para recibir radio de onda corta y AM. [ac] Consiste en una longitud aleatoria de cable tendido al aire libre entre soportes elevados o en el interior a través de un techo, que corre en un patrón de zigzag errático a lo largo de las paredes o entre soportes. [ad] Un extremo del cable generalmente se conecta directamente a la parte posterior del receptor.
Antena de serpiente
Las antenas de alambre dispuestas al azar sobre la superficie del suelo se denominan "antenas de serpiente", que no se distinguen claramente como un tipo particular. [ cita requerida ]
Antena BOG
Una "antena de bebida en el suelo", a menudo llamada "BOG" o antena de pantano, es una "antena de serpiente" colocada en línea recta que tiene su extremo opuesto al punto de alimentación conectado a tierra. Es una antena de onda progresiva y, técnicamente, es un ejemplo extremo de una antena de bebida que cuelga a baja altura . [ cita requerida ]
Isotrópico
Una bombilla se utiliza a menudo como ejemplo de un radiador casi isotrópico de calor y luz. Una antena (casi) isotrópica sería el análogo de RF .
Una antena isótropa ( radiador isótropo ) no es una antena real: es una antena hipotética , completamente sin dirección, que irradia la misma potencia de señal en todas las direcciones verticales, horizontales y transversales. Una bombilla incandescente antigua se utiliza a menudo como ejemplo de un radiador casi isótropo (de calor y luz). Paradójicamente, cualquier antena de cualquier tipo, más corta que ~ 1 /10La ondaen su dimensión más larga esaproximadamente isótropa , pero ninguna antena real puede serexactamenteisótropa.
Una antena que es exactamente isótropa es sólo un modelo matemático , utilizado como base de comparación para calcular la directividad o la ganancia de antenas reales. Ninguna antena real puede producir un patrón de radiación perfectamente isótropo , pero el patrón de radiación isótropo sirve como una referencia del "peor caso posible" para comparar el grado en que otras antenas, independientemente del tipo, pueden proyectar algo de radiación adicional en una dirección preferida.
Todas las antenas simples se acercan cada vez más a ser isótropas, ya que las ondas que transmiten o reciben aumentan en longitud varias veces más que el lado más largo de las antenas. [ cita requerida ] Las antenas casi isótropas se pueden hacer combinando varias antenas pequeñas. Las antenas casi isótropas se utilizan para mediciones de intensidad de campo y como antenas de referencia estándar para probar otras antenas, ya que su alineación no es un problema: la intensidad de su señal mide exactamente lo mismo para casi cualquier orientación. Se utilizan como antenas de emergencia en satélites , ya que funcionan incluso si el satélite está inclinado y fuera de alineación con su estación de comunicación.
Omnidireccional no es isotrópico
Las antenas isótropas , que en realidad no existen, no deben confundirse con las antenas omnidireccionales , que son reales y bastante comunes.
Una antena isotrópica irradia la misma potencia en las tres dimensiones, mientras que una antena omnidireccional irradia la misma potencia en todas las direcciones horizontales , pero muy poca o ninguna en la dirección vertical. La potencia radiada de una antena omnidireccional varía con el ángulo de elevación: máxima en la horizontal y decreciente a medida que el acimut se eleva para alinearse con el eje vertical de la antena. Varios tipos de antenas no irradian en absoluto en la dirección exactamente vertical, incluso a pesar de que aumenta la longitud de onda; compare esa conservación de la respuesta nula en la dirección vertical con la antena isotrópica idealizada, que radiaría por igual en todas las direcciones.
Notas
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En una antena autorresonante , la longitud del camino conductor a través de la antena por el que pasan las ondas de corriente y voltaje está dimensionada de modo que quepan en él un número entero de ondas enteras, medias ondas o cuartos de onda , según el tipo de antena. Las ondas que se introducen en la antena rebotan de un lado a otro entre los extremos o circulan alrededor de un bucle cerrado, y las secciones superpuestas de las ondas se suman y restan para formar ondas estacionarias a lo largo de los segmentos de la antena. Para la mayoría de las frecuencias, el patrón de superposición "viajará" (se moverá a través de la antena), pero cuando la antena es resonante tiene el tamaño adecuado para adaptarse a las ondas que pasan a través de ella: el patrón deja de moverse ( "se mantiene" ) y las superposiciones de las ondas se refuerzan al máximo.
^ abc Las antenas de bucle de cualquier tamaño son "antenas magnéticas" en el sentido genérico; este significado es diferente y no debe confundirse con el término común confusamente similar "bucle magnético" utilizado para antenas de bucle pequeñas ( "pequeño" significa que el perímetro total del bucle es más corto que la mitad de una longitud de onda). El término separado bucle magnético [ cita requerida ] utilizado para describir una antena de bucle pequeña es más específico que el previsto aquí para antena magnética , [ cita requerida ] que incluye todo tipo y tamaño de antena de bucle. De hecho, "antena magnética" se refiere a cualquier tipo de antena de cualquier tamaño o configuración que responde a la parte magnética de una onda de radio, en lugar de la parte eléctrica.
^
Las antenas dipolo a veces se clasifican junto con los monopolos ("semidipolos") (ver más abajo) en la categoría más amplia de antenas lineales , o más simplemente antenas de alambre recto . Las partes radiantes de ambos tipos son normalmente piezas rectas (lineales) de alambres alineados o tubos de aluminio; rara vez, se las llama antenas eléctricas , ya que interactúan con el campo eléctrico de RF, en contraste con las antenas de bucle, que son correspondientemente magnéticas . El dipolo (y el semidipolo) es uno de los dos tipos básicos de antena en los que se basan las antenas compuestas más elaboradas. [5]
^
Una 'V' horizontal o plana (que termina al nivel del punto de ramificación central) es la mitad de una antena rómbica acortada (pero generalmente no terminada) y se vuelve más direccional en el ángulo de ramificación de la 'V' alrededor de 40°, similar a una antena rómbica corta , pero solo aproximadamente la mitad de enfocada a lo largo del eje común al que apuntan los brazos, y bidireccional. [6]
^
La impedancia del punto de alimentación de un Windom moderno es de 250 a 350 ohmios, dependiendo de los ajustes finos en la ubicación del punto de alimentación que permiten diferentes selecciones de frecuencias armónicas utilizables. Un dipolo ordinario tiene una impedancia de punto de alimentación de 67 ohmios (conveniente para cables comunes de 50 y 75 ohmios), pero solo para sus armónicos impares. Las impedancias del dipolo ordinario alimentado por el centro son extremadamente altas y varían erráticamente en frecuencias cercanas a los armónicos pares. Un Windom evade los problemas de muchos armónicos alejando el punto de alimentación del centro donde los armónicos pares tienen un pico de voltaje y un nodo de corriente, con cambios erráticos de impedancia de señal cercanos.
^ La adaptación de impedancia para antenas alimentadas por el extremo tiende a utilizar transformadores de impedancia de relación muy alta en combinación con una línea de alimentación de alta impedancia, que luego se conecta a un sintonizador de antena controlado de forma remota (o automático) , por lo que la reducción necesaria de la impedancia hasta el transmisor de 50 ohmios es una combinación de múltiples pasos.
^
Hay otros beneficios en la forma en que se puede erigir la antena: el tercio central del cable de cualquier dipolo emite la mayor parte de su radiación, y hasta dónde se puede elevar no está limitado por ninguna necesidad de alcanzarlo con la línea de alimentación; de manera similar, los extremos de cualquier dipolo no irradian en absoluto, por lo que con el punto de alimentación conectado al extremo, ese extremo se puede ubicar en cualquier lugar conveniente que sea seguro para colocar el voltaje extremadamente alto del extremo. [2]
^
Porque un 5/ 8 El monopolo de onda tiene más del doble de altura que la1/ 4 onda ,la construcción de una es más exigente. La recompensa es que la mayor longitud concentra más señal (tiene mejorganancia) en la dirección horizontal, por lo tanto, proporciona más potencia para la transmisión a larga distancia y señales más fuertes para la recepción a larga distancia.
^ ab La longitud total de un alambre enrollado en una hélice de modo axial es al menos una longitud de onda completa, y está hecha con solo unas pocas vueltas anchas de alambre, [ cita requerida ] cada una de las cuales es una fracción grande de una longitud de onda en diámetro. En contraste, un patito de goma ( hélice de modo normal ) es pequeño, está hecho de una sección de alambre cuya longitud total no es más que un cuarto de longitud de onda; es una bobina firmemente enrollada con muchas vueltas estrechas de alambre, cada vuelta una fracción diminuta de una longitud de onda en diámetro.
^
El mástil del unipolo plegado y los cables de su faldón circundante forman una enorme línea de transmisión coaxial vertical [ cita requerida ] que sigue siendo pequeña en comparación con las ondas medias de aproximadamente un cuarto a medio kilómetro de longitud para las que se utiliza normalmente. El mástil central es el conductor central del cable coaxial gigante, y los cables de su faldón actúan como el escaso blindaje exterior conductor del cable coaxial gigante. Los cables en la parte superior del faldón que conectan el faldón y el mástil superior cortocircuitan el cable coaxial, convirtiéndolo en un trozo de carga gigante . Dado que el trozo está cortocircuitado y bajo un cuarto de onda , añade reactancia inductiva en paralelo con el punto de alimentación.
Sin el faldón unipolar, el mástil
de menor tamaño (menos de un cuarto de onda) muestra reactancia capacitiva molesta , por lo que el diámetro y la longitud del faldón están configurados para hacer que la reactancia inductiva agregada sea suficiente para neutralizar la reactancia capacitiva del mástil desnudo. La cantidad de reactancia inductiva agregada está determinada por la altura del punto de fijación y los diámetros relativos del mástil y de toda la columna de cables del faldón que lo rodea. Para un ajuste fino, el punto de fijación se mueve hacia arriba o hacia abajo ligeramente hasta que el punto de alimentación modificado no muestra más reactancia. Al transmitir, la parte antiparalela equilibrada de las corrientes de conducción (flujos alineados e iguales, pero en direcciones opuestas) en el stub gigante cancelan casi toda la radiación de las demás, por lo que en lo que respecta a las ondas de radio, las corrientes equilibradas en el stub gigante son invisibles.
La impedancia
desequilibrada diseñada en la antena impulsa otras corrientes desequilibradas, que en efecto se impulsan por separado tanto por el mástil como por el faldón desde el punto de alimentación. Las partes desequilibradas de las corrientes del mástil y del faldón fluyen en la misma dirección en cualquier momento, y las corrientes desequilibradas se irradian.
^
Dado que las corrientes horizontales iguales viajan en direcciones opuestas alejándose del centro del cable superior, esas corrientes se equilibran y prácticamente no producen radiación. Por lo general, la sección horizontal no es lo suficientemente larga como para proporcionar suficiente capacitancia, por lo que el punto de alimentación de la antena requiere una bobina de carga para neutralizar cualquier reactancia restante, y la antena sintonizada tendrá un ancho de banda estrecho. En el caso inusual de que su "sombrero de capacitancia" sea lo suficientemente ancho como para compensar la longitud faltante en el cable vertical, el rendimiento de una antena en "T" puede acercarse al de un monopolo de tamaño completo.
^
Si la longitud del cable horizontal es suficiente para que la longitud total del cable sea aproximadamente un cuarto de longitud de onda, el rendimiento de la L invertida puede acercarse al de un monopolo de tamaño completo.
^ El popular diseño de antena "quad" está hecho necesariamente de bucles de onda completa, generalmente dos bucles de onda completa, por lo que no es necesaria ninguna otra distinción.
^ ab Una antena de medio bucle es eléctricamente diferente de una antena de matriz de medio cuadrado , a pesar de los nombres confusamente similares y la apariencia confusamente similar (Π). La distinción más clara entre ellas es que los extremos del medio cuadrado no tienen conexión de CC a tierra (aunque probablemente estén conectados por acoplamiento capacitivo) y el sistema de tierra es opcional; aunque es útil cuando los extremos están cerca del suelo, se puede omitir un sistema de tierra sin pérdida cuando los extremos del medio cuadrado están muy por encima del suelo. Por el contrario, cada uno de los extremos del medio bucle debe estar cortocircuitado a un sistema de tierra, y el sistema o sistemas de tierra son obligatorios para que funcione.
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La posibilidad de operar un medio bucle como dipolo en su primer modo armónico depende de la posición del punto de alimentación.
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El límite de tamaño superior para bucles de transmisión pequeños es 1 /2 onda,pero la adaptación de impedancia al acercarse a ese límite superior se vuelve cada vez más difícil. Los bucles entre 1 /2Una onday una onda completa son ciertamente posibles, pero requieren una carga inductiva y son más como unbucle completocargado
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Existen diferentes métodos de banda ancha que combinando varias antenas de frecuencia estrecha en sus puntos de alimentación: Otro método es colocar una resistencia de terminación en una sola antena, similar a las antenas de ondas viajeras, pero por una razón diferente. Se utiliza una resistencia adjunta para la banda ancha para amortiguar las oscilaciones bruscas de la antena en la impedancia reactiva en frecuencias no resonantes, lo que hace que las antenas resonantes sean difíciles de usar en frecuencias no resonantes. El costo de agregar una resistencia es que degrada la eficiencia de la antena . Este método de banda ancha se trata en la sección sobre "Otros" tipos de antena.
^ ab Los múltiples dipolos hacen que la antena combinada tenga una banda más ancha que un simple dipolo de dos brazos. Los múltiples cables que se extienden desde el punto de alimentación combinado están conectados en pares opuestos de igual longitud, cada par diferente de la longitud de todos los demás pares, lo que le da al dipolo en abanico un rango más amplio de resonancias que cualquier elemento dipolar individual. La idea básica es que la corriente de alimentación fluirá naturalmente en su mayoría hacia el par de cables que ofrezca la menor impedancia (mejor coincidencia ) para la frecuencia que se alimenta. Si los diversos pares de dipolos tienen casi la misma longitud, de modo que los anchos de banda de sus respectivas frecuencias resonantes se superponen, la antena compuesta mostrará un ancho de banda coincidente continuo más amplio que cualquier dipolo individual. Si las longitudes de los pares de dipolos difieren más ampliamente, de modo que sus anchos de banda de frecuencia resonante no se superponen, el dipolo en abanico mostrará múltiples frecuencias resonantes distintas, con al menos una resonancia por par.
^ ab Debido a sus formas similares de "espina de pescado", las antenas Yagi-Uda multielementos y las antenas log-periódicas a menudo se confunden.
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Un denominado " elemento parásito " en una antena Yagi-Uda que es ligeramente demasiado largo para la resonancia refleja la señal del elemento excitado hacia él, de manera similar a un espejo, y se denomina "reflector" . El reflector suele ser el último y más largo elemento del conjunto. Normalmente, solo hay uno de ellos.
El elemento que se encuentra junto al reflector (si lo hay) es la fuente de radiación. Se corta a una longitud resonante y es la única parte de la antena conectada a la línea de alimentación. Se denomina "elemento accionado" o, en raras ocasiones, "radiador" o "elemento radiante" .
Los elementos que se encuentran más allá del elemento excitado son ligeramente más cortos que la longitud resonante y aumentan la intensidad en la dirección de avance de las ondas de radio que pasan a través de ellos, de manera similar a una lente de enfoque; se denominan "directores" ; puede haber varios o ninguno (por ejemplo, un rectángulo de Moxon ). Agregar más elementos directores (cuya longitud disminuye a medida que aumenta la distancia desde el elemento excitado) hace que las ondas irradiadas desde el elemento excitado se concentren en un haz cada vez más estrecho.
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El ancho de banda utilizable de una antena Yagi-Uda es típicamente de sólo un pequeño porcentaje, pero hay diseños más elaborados y compuestos que pueden aliviar esta limitación. [ cita requerida ]
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En las antenas resonantes, la potencia de transmisión se consume mediante una combinación de radiación de señal y calentamiento del cable. Por lo general, la potencia irradiada por una antena resonante supera con creces la potencia perdida en forma de calor.
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Cuando una antena helicoidal tiene alrededor de 10 espiras o más, cada una de las cuales tiene una longitud de onda completa, se trata de una antena de ondas viajeras. Si solo tiene unas pocas espiras (o solo una) y la circunferencia total de las espiras es de una o varias longitudes de onda, se trata de una variedad de antena de bucle grande.
^ Las antenas de banda ancha con terminación resistiva a veces se incluyen arbitrariamente entre las antenas de ondas viajeras , solo porque ambas implican una terminación resistiva. Sin embargo, eso solo es apropiado si las antenas se clasifican por construcción común, en lugar de por función. Las antenas de ondas viajeras están diseñadas con terminación resistiva para eliminar las ondas que viajan a través de la antena en una dirección no deseada, lo que les da ganancia ; algunas antenas de banda ancha con terminación resistiva pueden volverse direccionales, pero eso no es necesario para que se vuelvan de banda ancha.
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A pesar de parecer una contradicción lógica, una antena enterrada a poca profundidad puede recibir ondas de radio , y para frecuencias por debajo de la media HF (donde recibir una señal fuerte no es una prioridad alta, debido al ruido de radio generalizado o "estática") una pequeña potencia de señal absorbida por el suelo no es demasiado importante. Otro incentivo es que la "erección" por enterramiento es una forma particularmente práctica de colocar una antena en las frecuencias media y baja , donde las antenas de media onda pueden tener más de un cuarto de milla de largo (medio kilómetro), e incluso una antena colocada tan alta como un edificio de dos pisos sigue siendo solo una pequeña fracción de una longitud de onda por encima del suelo, de todos modos. Los aficionados que experimentan en la banda de 136 kHz incluso han utilizado la tierra misma como un cable de antena virtual conectando los extremos opuestos de una línea de alimentación a dos varillas de tierra colocadas muy separadas. [16]
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Las antenas de alambre aleatorio a veces se incluyen arbitrariamente como una subcategoría de antenas monopolares plegadas , si sus longitudes son de un cuarto de onda o menos, o dipolos plegados de alimentación final si son de media onda o más, hasta una o dos longitudes de onda o menos. Cuando se coloca un alambre aleatorio con al menos un segmento extendido orientado en línea recta, de una a varias longitudes de onda de largo, funciona aproximadamente de manera similar a una antena Beverage , aunque como presumiblemente no tiene terminación resistiva, recibirá en dos direcciones opuestas, alineadas con su segmento más largo, en lugar de ser unidireccional como una Beverage.
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La forma y la longitud de un cable "aleatorio" están determinadas por el espacio disponible, las ubicaciones y la cantidad de posibles puntos de fijación elevados, y hasta dónde puede llegar la longitud total disponible del cable. No se coloca en una sola línea recta en una dirección planificada y, por lo general, no se corta a ninguna longitud particular (resonante). Una antena de cable aleatorio generalmente tiene un patrón de radiación complicado, con varios lóbulos en ángulos variables con respecto a cada segmento de cable, en diferentes direcciones para cada uno, que dependen de la frecuencia y la longitud del segmento.
Referencias
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