Una antena espiral es un tipo de antena de radiofrecuencia con forma de espiral , [1] : 14‑2 descrita por primera vez en 1956. [2] Las antenas espirales de Arquímedes son las más populares, mientras que las antenas espirales logarítmicas son independientes de la frecuencia: [3] la impedancia del punto de conducción, el patrón de radiación y la polarización de dichas antenas permanecen sin cambios en un gran ancho de banda. [4] Las antenas en espiral están inherentemente polarizadas circularmente con baja ganancia ; Se pueden utilizar conjuntos de antenas para aumentar la ganancia. Las antenas en espiral tienen un tamaño reducido con sus devanados, lo que las convierte en una estructura extremadamente pequeña. Las cavidades con pérdida [5] generalmente se colocan en la parte posterior para eliminar los lóbulos posteriores, porque generalmente se prefiere un patrón unidireccional en este tipo de antenas. Las antenas en espiral se clasifican en diferentes configuraciones: espiral de Arquímedes, espiral logarítmica, espiral cuadrada , etc.
En general, las antenas pueden funcionar en tres modos diferentes: onda viajera, onda rápida y onda con fugas. Las antenas en espiral utilizan los tres.
La onda viajera, formada sobre brazos en espiral, permite el rendimiento de banda ancha. La onda rápida se debe al fenómeno de acoplamiento mutuo que ocurre entre los brazos de la espiral. La onda con fugas "pierde" energía durante la propagación a través de los brazos espirales para producir radiación.
La teoría de anillos (teoría de bandas) explica el principio de funcionamiento de la antena espiral. La teoría establece que las antenas espirales irradian desde una región activa donde la circunferencia de la espiral es igual a la longitud de onda. [6]
Se deben considerar diferentes parámetros de diseño al diseñar una antena espiral cuadrada. Los parámetros incluyen el espacio entre los giros , el ancho del brazo , el radio interior y el radio exterior . El radio interior se mide desde el centro de la espiral hasta el centro de la primera vuelta, mientras que el radio exterior se mide desde el centro de la espiral hasta el centro de la vuelta más exterior. Aparte de estos parámetros de diseño, las antenas en espiral tienen frecuencias de funcionamiento más bajas ( y más altas ) . Aquí corresponde a la velocidad de la luz en el metal de la antena, determinada principalmente por la permitividad eléctrica del sustrato sobre el que se encuentra la espiral y su revestimiento (si cualquier).
En un sistema de coordenadas polares, la espiral crece a lo largo del eje y simultáneamente. Las espirales arquemedianas de uso frecuente satisfacen una ecuación particularmente simple donde corresponde al factor de crecimiento y corresponde al factor de multiplicación. La consecuencia es una separación igual entre vueltas sucesivas, lo que limita la anchura de los brazos espirales, que normalmente se mantiene constante. También se pueden utilizar otras opciones de forma de espiral, como espirales logarítmicas que satisfagan ; los brazos en espiral resultantes están más espaciados en las vueltas exteriores, lo que puede acomodar mejor brazos que se ensanchan significativamente.
Se pueden obtener diferentes diseños de antena espiral variando el número de vueltas de cada brazo, el número de brazos, el tipo de espiral, el espacio entre sus vueltas, la variación del ancho de su(s) brazo(s) y el(los) material(es). ) que lo rodean, como el sustrato sobre el que se apoya.
La antena suele tener dos brazos espirales conductores que se extienden desde el centro hacia afuera. La dirección de rotación de la espiral define la dirección de polarización de la antena. También se pueden incluir espirales adicionales para formar una estructura de múltiples espirales. La antena puede ser un disco plano, con conductores que se asemejan a un par de resortes de reloj encajados libremente, o las espirales pueden extenderse en una forma tridimensional como la rosca de un tornillo.
La salida de una antena espiral de dos o cuatro brazos es una línea balanceada . Si se desea una única línea de entrada o salida (por ejemplo, una línea coaxial conectada a tierra ), se agrega un balun u otro transformador para alterar el modo eléctrico de la señal.
Por lo general, la espiral está respaldada por una cavidad, es decir, detrás de la espiral hay una cavidad de aire o material no conductor o vacío, rodeada por paredes conductoras. Una cavidad con la forma y el tamaño adecuados cambia el patrón de antena para recibir y transmitir en una sola dirección, lejos de la cavidad.
La espiral se puede imprimir o grabar sobre un medio dieléctrico específicamente elegido, cuya permitividad se puede utilizar para alterar la frecuencia para un tamaño determinado. Los medios dieléctricos como Rogers RT Duroid ayudan a reducir el tamaño físico de la antena. Los sustratos delgados con mayor permitividad pueden lograr el mismo resultado que los sustratos gruesos con menor permitividad. El único problema de estos materiales es su menor disponibilidad y sus elevados costes. [7]
Las antenas en espiral transmiten ondas de radio polarizadas circularmente y recibirán ondas polarizadas linealmente en cualquier orientación, pero atenuarán drásticamente las señales polarizadas circularmente recibidas con la rotación opuesta. Una antena en espiral rechazará ondas polarizadas circularmente de un tipo, mientras que recibirá perfectamente ondas que tengan la otra polarización.
Una aplicación de las antenas en espiral son las comunicaciones de banda ancha. Otra aplicación de las antenas espirales es la monitorización del espectro de frecuencias. Una antena puede recibir en un ancho de banda amplio, por ejemplo una relación de 5:1 entre la frecuencia máxima y mínima. Por lo general, en esta aplicación se utiliza un par de antenas en espiral, que tienen parámetros idénticos excepto la polarización, que es opuesta (una está orientada a la derecha y la otra a la izquierda). Las antenas en espiral son útiles para la radiogoniometría por microondas. [8]
