PROPAGACIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES

Antenas

3.1 INTRODUCCIÓN

Este capítulo definará el concepto de antena y presentará los diferentes

tipos de dispositivos, ademas de los conceptos electrónicos que involucran las

antenas.

3.2 ANTENAS

Definiendo formalmente de una antena, es un dispositivo que sirve para

transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de

transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden

transmitir por el espacio libre.

En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le

aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.

Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección.

Es decir, deben acentuar un solo aspecto de dirección y anular o mermar los

demás. Esto es necesario ya que solo nos interesa radiar hacia una dirección

determinada.

Esto se puede explicar con un ejemplo, hablando de las antenas que llevan

los satélites. Estas acentúan mucho la dirección hacia la tierra y anulan la de

sentido contrario, puesto que lo que se quiere es comunicarse con la tierra y no

mandar señales hacia el espacio.

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Las antenas también deben dotar a la onda radiada de una polarización. La

polarización de una onda es la figura geométrica descrita, al transcurrir el tiempo,

por el extremo del vector del campo eléctrico en un punto fijo del espacio en el

plano perpendicular a la dirección de propagación. Para todas las ondas, esa

figura es normalmente una elipse, pero hay dos casos particulares de interés y son

cuando la figura trazada es un segmento, denominándose linealmente polarizada,

y cuando la figura trazada es un círculo, denominándose circularmente polarizada.

Una onda está polarizada circularmente o elípticamente a derechas si un

observador viese a esa onda alejarse, y además viese girar al campo en el sentido

de las agujas de un reloj. Lógicamente, si lo viese girar en sentido contrario, sería

una onda polarizada circularmente o elípticamente a izquierdas. A continuación

se tratan algunos conceptos importantes para el estudio de las antenas:

a) Parámetros generales de una antena. Una antena va a formar parte de un

sistema, por lo que tenemos que definir parámetros que la describan y nos permita

evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema.

Impedancia

Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el

máximo de potencia posible con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar la

antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia, que se suele

hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la

adaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y

longitud.

Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la

antena se puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-

corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte

imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia.

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Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su

impedancia Ri(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa

frecuencia.

Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es

cuando mejor se comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte

imaginaria de la impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia

de entrada a la antena Re. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la

frecuencia. Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos

resistencias, la resistencia de radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (RL). Se

define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de

calor la misma potencia que radiaría la antena. La antena por estar compuesta por

conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estar pérdidas son las que definen la

resistencia de pérdidas en la antena.

Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte

imaginaria de la antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar

corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir grandes pérdidas. Por

ejemplo:

Queremos hacer una transmisión en onda media radiando 10 KW con una

antena que presenta una impedancia de entrada Ze = 50 - j100 ohmios.

Si aplicamos las fórmulas P = |I|2 x Real[Ze] = |I|2 = P / Real[Ze]

Obtenemos que |I| = 14.14 A.

Si ahora aplicamos la ley de Ohm:

|V| = |I| x |Ze| = 14.14 x (50 - j100) = 14.14 x 111.8 = 1580.9 V.

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Si ahora logramos hacer que resuene la antena, tendremos que la impedancia de

entrada no tendrá parte imaginaria, luego Ze = 50 ohmios. Aplicando las mismas

fórmulas de antes obtenemos que la intensidad que necesitamos es la misma:

|I| = 14.14 A, pero vemos que ahora la tensión necesaria es |V| = 707 V.

Con este pequeño ejemplo vemos que hemos ahorrado más de la mitad de

tensión teniendo la antena resonando que si no la tenemos. No se ha dicho, pero

se ha supuesto que la parte real de la impedancia de entrada de la antena no

varía en función de la frecuencia.

Eficiencia.

Relacionado con la impedancia de la antena tenemos la eficiencia de

radiación y la eficiencia de reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una,

cuanto de buena es una antena emitiendo señal, y otra, cuanto de bien está

adaptada una antena a una línea de transmisión.

La Eficiencia de Radiación se define como la relación entre la potencia

radiada por la antena y la potencia que se entrega a la misma antena. Como la

potencia está relacionada con la resistencia de la antena, podemos volver a definir

la Eficiencia de Radiación como la relación entre la Resistencia de radiación y la

Resistencia de la antena:

La Eficiencia de Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la relación entre la

potencia que le llega a la antena y la potencia que se le aplica a ella. Esta

eficiencia dependerá mucho de la impedancia que presente la línea de transmisión

y de la impedancia de entrada a la antena, luego se puede volver a definir la

Eficiencia de Reflexión como 1 - módulo del Coeficiente de reflexión2 , siendo el

coeficiente de reflexión el cociente entre la diferencia de la impedancia de la

antena y la impedancia de la línea de transmisión, y la suma de las mismas

impedancias.

Eficiencia de Reflexión = 1 - (Coeficiente de Reflexión)2

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Donde algunas veces se define la Eficiencia Total, siendo esta el producto entre la

Eficiencia de Radiación y la Eficiencia de Reflexión.

Eficiencia Total = Eficiencia de Radiación x Eficiencia de Reflexión

Otra forma de calcular la eficiencia de una antena es con circuito

equivalente eléctrico simplificado para una antena. Parte de la potencia de entrada

se disipa en las resistencias efectivas (resistencia de tierra, dieléctricos

imperfectos, etc.) y la restante se irradia. El total de la potencia de la antena es la

suma de las potencias disipada y radiada.

Patrón de Radiación

En algunas circunstancias es necesario la representación gráfica de la fase

del campo eléctrico. Esta representación recibe el nombre de Diagrama de Fase o

Patrón de Radiación.

Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que representa las

intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones

angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en

términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P),

se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la

densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama

patrón de radiación relativo.

Algunas veces no nos interesa el diagrama de radiación en tres

dimensiones, al no poder hacerse mediciones exactas sobre el. Lo que se suele

hacer es un corte en el diagrama de radiación en tres dimensiones para pasarlo a

dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el más habitual ya que es más fácil de

medir y de interpretar.

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Campos Cercanos y Lejano

El campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual

que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia. El termino campo

cercano se refiere al patrón de campo que esta cerca de la antena, y el termino

campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. Durante la

mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la

potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda

mitad del ciclo, la potencia que esta en el campo cercano regresa a la antena.

Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por

tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que

alcanza el campo lejano continua irradiando lejos y nunca regresa a la antena por

lo tanto el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación,

por lo general es la mas importante de las dos-, por consiguiente, los patrones de

radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El campo

cercano se define como el área dentro de una distancia D2/l de la antena, en

donde l es la longitud de onda y D el diámetro de la antena en las mismas

unidades.

Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia

La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en

una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto

por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma

cantidad de potencia. El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa

de una antena es realmente un patrón de ganancia directiva si la referencia de la

densidad de potencia se toma de una antena de referencia estándar, que por lo

general es una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama

directividad.

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La ganancia de potencial es igual a la ganancia directiva excepto que se

utiliza el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta

la eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la antena de

referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena de referencia no

tiene perdidas (h = 100%). Matemáticamente, la ganancia de potencia (Ap) es:

Ap = D h

Si una antena no tiene perdidas, irradia 100% de la potencia de entrada y la

ganancia de potencia es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para

una antena también se da en decibeles en relación con alguna antena de

referencia.

Polarización de la Antena

La polarización de una antena se refiere solo a la orientación del campo

eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo

general, polarizada horizontal o vertical), en forma elíptica o circular. Si una antena

irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define

como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética

polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente;

si el campo eléctrico radiado gira en un patrón elíptico, está polarizada

elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada

circularmente.

Ancho del Haz de la Antena

El ancho del haz de la antena es sólo la separación angular entre los dos

puntos de media potencia (-3dB) en el lóbulo principal principal del patrón de

radiación del plano de la antena, por lo general tomando en uno de los planos

"principales".

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El ancho del haz para una antena cuyo patrón de radiación se muestra en la

figura siguiente es el ángulo formado entre los puntos A, X y B ( ángulo q ). Los

puntos A y B son los puntos de media potencia (la densidad de potencia en estos

puntos es la mitad de lo que es, una distancia igual de la antena en la dirección de

la máxima radiación). El ancho de haz de la antena se llama ancho de haz de -3dB

o ancho de haz de media potencia.

Ancho de Banda de la Antena

El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias

sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general,

se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las

variaciones en la impedancia de entrada de la antena.

3.3 TIPOS DE ANTENAS

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que,

unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que,

conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente

lejana para este fin existen diferentes tipos:

Antena Colectiva: Antena receptora que, mediante la conveniente

amplificación y el uso de distribuidores, permite su utilización por diversos

usuarios.

Antena de Cuadro: Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de

una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional

la hace útil en radiogoniometría.

Antena de Reflector o Parabólica: Antena provista de un reflector metálico,

de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto

espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para

la transmisión y recepción vía satélite.

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Antena Lineal: La que está constituida por un conductor rectilíneo,

generalmente en posición vertical.

Antena Multibanda: La que permite la recepción de ondas cortas en una

amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.

Dipolo de Media Onda: El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una

de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En

frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud

de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general

como antena de Hertz.

Antena de Hertz: es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto

de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las

ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena

resonante.

Figura 1. Dipolo de media onda.

En la figura 1, anterior podemos observar las distribuciones de corriente y

voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se

ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una linea de

transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de

corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro.

En consecuencia, suponiendo que el punto de alimentación esta en el

centro de la antena, la impedancia de entrada es Eminimo / Imaximo y un valor mínimo.

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La impedancia en los extremos de la antena de Emaximo / Iminimo y un valor

máximo. La figura 2, siguiente muestra la curva de impedancia para un dipolo de

media onda alimentado en el centro.

Figura 2.- Curva de impedancia para un dipolo de media onda.

La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de

aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de

aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de

radiación).

El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda

depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la

superficie de la tierra.

La figura 3, siguiente muestra el patrón de radiación vertical para un dipolo

de media onda montado verticalmente. Observese que los dos lóbulos principales

que irradian en direcciones opuestas están en ángulo derecho a la antena, los

lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el caso ideal donde la corriente es

constante a todo lo largo de la antena, y esto es inalcanzable en una antena real.

Figura 3.- Patrón de radiació vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente.

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Antena Yagi: Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios,

directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales

televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian

el campo y los reflectores lo reflejan, (figura 4).

Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede

tener varios elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta dada por:

G = 10 log n

donde n es el número de elementos por considerar.

Figura 4.- Antena Yagi.

Para la antena yagi de tres elementos la distancia entre el reflector y el

activo es de 0.15l , y entre el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de

separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya

que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente

entre sí, bajando la ganancia.

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Como se puede observar, este diseño de antena yagi resulta ser de ancho

de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia

que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales

bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta

ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una

misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi

de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando

la ganancia.

En la figura 5, siguiente se muestran los parámetros de diseño x y y,

creando la relación x + y = l /4, la ganancia se acentúa alrededor de un solo canal,

como se muestra en la figura 5.

Figura 5.- Parametros de diseño x, y.

Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces,

hacer ajustes en las distancia entre los elementos para obtener, junto con el ancho

de banda deseado, la ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de

antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se obtiene mejor

ganancia para el denominado "en linea".

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Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es común

aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3; estos dipolos se cortan a

la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de

televisión da muy buen resultado. En la figura 6, siguiente se proporciona las

dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de tres elementos.

Figura 6.- Dimensiones para una ganacia óptima de una antena yagi de tres elementos.

3.4 ANTENAS PRACTICAS

La elección de la antena a instalar en una situación determinada depende

de un gran número de factores. Desde un simple alambre extendido entre las

azoteas dos edificios vecinos hasta complejas estructuras sobre una torre

giratoria, las configuraciones posibles son muy numerosas, y el aficionado debe

escoger la que más se acomode a sus posibilidades y necesidades. En los

edificios urbanos, donde frecuentemente el espacio es restringido, el trabajo en HF

puede iniciarse con una antena vertical con algunos «radiales» como plano de

tierra, que puede proporcionar buenos contactos, aunque las antenas de este tipo

son susceptibles de captar más ruido eléctrico ambiental que los dipolos

horizontales.

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En VHF y UHF, ha de ser generalmente factible hallar en un edificio un

punto donde instalar una antena vertical eficaz o incluso una pequeña directiva

con un rotor al extremo de un mástil.

La antena dipolo de 1/2 onda. Desde el punto de vista eléctrico y

considerando la fiabilidad de predicción de su comportamiento, la facilidad en

procurarse los materiales necesarios y su economía, la antena dipolo de media

onda alimentada por el centro es la opción que debería considerar en primer lugar

el radioaficionado aprendiz.

Una antena horizontal de media onda, despejada y elevada por lo menos un

1/4 de onda sobre cualquier obstáculo, proporciona buena cobertura para

distancias cortas y medias y es capaz de dar alguna agradable sorpresa en

distancias largas. La longitud total de una antena dipolo de hilo es algo menor que

la correspondiente a la media onda en el aire debido al efecto puntas de los

conductores (capacidad del hilo más los aisladores extremos). Así pues, una

antena para la frecuencia de 21,175 MHz (centro del segmento de fonía para EC)

debería tener unos 6,85 m. Un dipolo del mismo tipo para el segmento de CW de

la banda de 40 metros (7,025 MHz) mide 20,64 m. Las medidas anteriores son

válidas suponiendo que el diámetro del conductor empleado es muy reducido

comparado con la longitud de la onda a radiar. Si el conductor de la antena es

grueso se debe aplicar un factor de reducción. El diagrama de radiación vertical de

un dipolo depende grandemente de su distancia al suelo y de las características

de éste, lo cual explica en parte las enormes diferencias de comportamiento de

antenas aparentemente iguales, situadas en lugares distintos.

La Antena Vertical de 1/4 de Onda El más conocido dipolo asimétrico es la

antena de cuarto de onda con plano de tierra artificial, conocida como ground

plane. El plano de tierra se simula mediante varios «radiales» de un cuarto de

onda extendidos por debajo del elemento radiante vertical y conectados a la

malla del cable de alimentación.

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La práctica demuestra que en HF 30 o 40 radiales de un 1/4 de onda y

separados del suelo proporcionan excelentes resultados. En VHF y UHF,

donde por lo general las antenas verticales se instalan a cierta altura sobre el

suelo, el número de radiales puede ser mucho más reducido. Con los radiales

en ángulo recto respecto al elemento radiante, la impedancia de la antena es

de 36 ohmios. A medida que los radiales forman un ángulo más obtuso

respecto al elemento radiante, la impedancia del sistema aumenta. La antena

vertical mínima debe tener un 1/4 de onda eléctrico, lo que no significa que

tenga la longitud física de una cuarta parte de la longitud de la onda a

transmitir. La longitud física de una antena autorresonante para las bandas de

onda más larga -y especialmente en la banda de 160 metros-, puede ocasionar

problemas mecánicos para su sustentación de modo que, en general, se la

hace menor a la teórica de 1/4 de onda y aún funciona bastante bien. Las

antenas verticales cortas se «alargan» artificialmente bien añadiéndoles una

inductancia en la base o una capacidad en el extremo superior.

El Dipolo en V Invertida Cuando el espacio disponible no permite extender el

dipolo horizontalmente en toda su longitud, se puede adoptar la configuración

de las antenas dipolo en V invertida, que son una buena solución y que

presenta incluso algunas ventajas frente al dipolo horizontal. Esta antena se

instala utilizando un solo mástil, que la sustenta por su centro o suspendida de

una driza. Con un ángulo de 90º entre las ramas en el vértice, esta antena

presenta un diagrama de radiación prácticamente omnidireccional, ángulos de

salida bajos y una impedancia próxima a los 50 ohmios, que la hace apta para

ser alimentada con cable coaxial.

Antenas para Espacios Reducidos Para las bandas de 80 y 160 metros, en

muchas ocasiones no es materialmente posible extender un dipolo de media

onda. Es preciso entonces, tratar de acomodar las ramas de la antena al

espacio disponible, doblándolas en el plano horizontal o decidirse por una

antena vertical. Combinando varios procedimientos es posible construir

antenas cuya longitud física sea la mitad o aún menos de la que teóricamente

le correspondería y aún así ser muy eficientes.

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No es infrecuente, por ejemplo, ver antenas dipolo rígidas para la banda de 40

metros cuya longitud total no supera los 10 m. Con todo, no hay que olvidar

que cualquier reducción de tamaño de una antena comporta inevitablemente

una reducción del ancho de banda útil, así como un descenso del rendimiento

total debido, entre otras cosas, a las pérdidas acumuladas en los elementos

añadidos.

Antenas Cortas con Inductancias Uno de los procedimientos usuales para

«alargar» eléctricamente las antenas comporta el uso de inductancias en sus

ramas. El cálculo del valor y posición de esas inductancias es bastante

complicado para hacerlo manualmente por lo que deben usarse programas de

ordenador que lo resuelven con buena exactitud. No es válida la simplificación

de acortar la antena simplemente arrollando el exceso de hilo sobre un soporte

cualquiera formando una bobina; la inductancia necesaria de esa bobina

depende de la posición que ocupe sobre el dipolo y de la longitud total de éste,

así que sería sólo casualidad acertar con todas las variables.

Antenas Cortas con Cargas Lineales Otro método de reducir la longitud

física de las antenas, manteniendo la resonancia y ofreciendo una resistencia

de radiación conveniente y bajas pérdidas, es el uso de las llamadas cargas

lineales, consistentes en plegar sobre sí mismo parte del conductor de la

antena; el cálculo de las dimensiones de esa configuración es muy complejo y

debe realizarse con la ayuda de un programa de ordenador.

Antenas Cortas con Carga Capacitiva Un tercer procedimiento para

«alargar» artificialmente una antena es añadir capacidad al extremo de la

misma. Esta capacidad está compuesta por lo general por una red de

conductores (cruz, polígono, etc.) conectada al extremo del conductor que se

quiere alargar eléctricamente. Un medio para añadir carga capacitiva a un

mástil radiante vertical es utilizar una sección de los vientos superiores, que se

conectan eléctricamente al vértice del mástil, formando las aristas de un

polígono cónico.

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Si la reducción de longitud es considerable, una antena de ese tipo presenta

una baja resistencia de radiación, que complica asimismo el problema de las

pérdidas del sistema de tierra.

Antenas Dipolos Multibanda Un dipolo resuena, además de en su frecuencia

natural, a frecuencias múltiplos de aquella; a ciertas frecuencias, la impedancia

en el punto de alimentación hace que la ROE resultante sea muy elevada. Es

posible, sin embargo, hacer resonar una antena en varias bandas manteniendo

su impedancia en valores próximos a la del cable coaxial haciendo uso de

«trampas» de onda, que dividen eléctricamente la antena en varios tramos,

cada uno de los cuales, añadido al anterior, hace resonar a la antena en una

banda determinada. Las trampas de onda actuan prácticamente como un

interruptor a su frecuencia, aislando las secciones subsiguientes de la antena.

A una frecuencia inferior, la tranpa presenta reactancia inductiva, alargando así

eléctricamente la rama. Es posible combinar los distintos valores de forma que

la antena resuene en dos o más bandas con una impedancia adecuada para

ser alimentada con cable coaxial. Una popular antena de ese tipo es el dipolo

para dos bandas (típicamente para 80 y 40 metros) que desarrolló W3DZZ

hace ya muchos años. En el número 180 (diciembre 1998) de CQ Radio

Amateur y en su página 24 se incluye un excelente artículo de G. Murphy,

VE3ERP, que ofrece varias antenas multibandas con trampas LC, ya resueltas.

Otra popular antena multibanda es la desarrollada por John Varney, G5RV, de

la cual se han desarrollado varias versiones, cortas y largas, que no es difícil de

construir y debería ser ensayada por todo radioaficionado.

Antenas para VHF y UHF Dada la menor longitud de onda de las señales de

VHF y UHF, las dimensiones de las antenas básicas (dipolo, vertical con plano

de tierra, etc.) son proporcionalmente menores y por ello mismo en esas

bandas son posibles formaciones de mayor ganancia, con múltiples elementos,

que resultarían inviables en las bandas decamétricas.

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Antenas Verticales para V-UHF Una sencilla antena vertical de 1/4 de onda

con plano de tierra artificial puede proporcionar buenos resultados en un

entorno urbano. Inclinando los radiales hacia abajo se logra rebajar el ángulo

de radiación y elevar la impedancia hasta los 50 ohmios convenientes para

alimentarla con cable coaxial. Combinando varias antenas verticales con sus

elementos «en línea» se obtiene la antena denominada colineal, con la que se

logran mayores prestaciones al concentrar la energía en un menor ángulo

vertical, de forma que no se desperdicia energía hacia lo alto. Comercialmente

se ofrecen antenas de este tipo que resultan prácticas y convenientes de

instalar, tanto en situaciones fijas como sobre un vehículo. La comunicación en

VHF o UHF a través de repetidores (analógicos o digitales) se efectúa

exclusivamente en FM y utilizando polarización vertical, por lo que las antenas

verticales omnidireccionales ofrecen una excelente solución para repetidores

relativamente cercanos.

Antenas Direccionales para V-UHF Cuando se desea incrementar el alcance

de la estación en VHF o UHF es necesario optar por una antena direccional,

fija o acoplada a un rotor. Dadas las dimensiones relativamente reducidas de

estas antenas, incluso con múltiples elementos, es factible mejorar

sustancialmente el alcance de un equipo sin necesidad de apelar a

amplificadores utilizando antenas direccionales.

Antena Parabólica Son una buena solución para obtener altas ganancias y

eficiencias en la huella que deja el haz sobre la compleja distribución

geográfica de las estaciones terrestres. La antena reflectora más simple

consiste en una superficie parabólica reflectora iluminada por una fuente

radiadora situada en el foco del paraboloide. Esta configuración ha sido

ampliamente utilizada por razones de sencillez y economía, pero sus

inconvenientes están relacionados con la situación del alimentador delante del

reflector responsable del problema del bloqueo de la radiación; este bloqueo

produce una pérdida de directividad y un aumento de los lóbulos secundarios y

de los niveles de polarización cruzada.

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Normalmente, la fuente más empleada es una bocina, dando lugar a antenas

de bocina reflectora. También son muy empleados, por su estructura simple y

su ligero peso, los reflectores parabólicos offset.

Figura 7.- Antena Parabólica.

Un haz elíptico puede ser generado por un reflector de antena con una

única fuente de radiación en el foco del reflector primario y el reflector con forma

elíptica. El haz obtenido es más estrecho en el plano del eje mayor del reflector, lo

que proporciona una manera más simple para el ajuste de la forma de la huella

resultante de la intersección. Esta sería el resultado de una antena de haz

modelado.

Construcción y materiales:

El reflector tiene una estructura de sandwich, la cual esta constituida por

una cubierta formada por una malla de plástico reforzado con fibra de carbono

(carbon fiber reinforced plastic,CFRP) y un núcleo compuesto de células

hexagonales de aluminio.

Además, la superficie del reflector posee una tolerancia de 0,97 mm rms.

El peso del reflector y de su estructura es de 2,6 Kg y el del radiador primario con

su soporte es de 3,3 Kg.

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Los radiadores primarios son antenas helicoidales cuya hélice ha sido

enrollada en un cilindro de CFRP. El peso de cada antena es de 0,1 Kg. Todas las

estructuras de soporte están hechas de CFRP.

Bocinas Reflectoras:

El sistema de alimentación de este tipo de antenas consiste en uno o varios

radiadores de tipo bocina.

En el modo de transmisión la energía de microondas proveniente de la

guía-onda entra a la bocina de alimentación que la conducirá al espacio exterior.

La bocina de alimentación, que se encuentra situada en el foco del paraboloide,

radiará energía desde este punto hasta la superficie del reflector. Estas ondas,

cuando alcanzan la superficie conductora del reflector, inducen corrientes

eléctricas en su superficie directamente proporcional al nivel local de energía. La

combinación de todas estas corrientes radian la energía en dirección a la Tierra y

sobre un rango angular correspondiente al modelo de cobertura deseado.

Figura 8.- Bocinas Reflectoras.¡Error!Marcador no definido.

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PROPAGACIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES

En recepción la bocina trabaja en el sentido opuesto, aunque con una señal

mucho más débil. La energía que llega al satélite produce corrientes eléctricas

muy débiles en la superficie del reflector, resultando una reradicación hacia el

alimentador. En este caso el reflector actúa como un acumulador de energía de la

señal, que es concentrada hacia la bocina alimentadora.

Una buena propiedad de este tipo de antenas es que un único reflector con

alimentador puede funcionar para transmitir, recibir o ambas cosas

simultáneamente. A esta propiedad se le conoce como reciprocidad.

Normalmente, este tipo de antenas son excitadas por ondas circularmente

polarizadas, la dirección del haz se desplaza desde el eje de la bocina en una

dirección que dependerá de la polarización.

Si miramos la dirección de la radiación dejando el reflector a nuestras

espaldas la excitación producida por una onda polarizada circularmente a

derechas se traducirá en un desplazamiento del haz hacia la izquierda, y por el

contrario una onda polarizada circularmente a izquierdas producirá un

desplazamiento del haz hacia la derecha.

Ejemplos:

Intelsat III

El INTELSAT-III fue el primero en utilizar bocinas reflectoras en antenas

contrarotatorias mecánicamente. La antena consiste en un reflector liso y

una bocina que rota en relación al satélite. El polarizador y el OMT quedan

fijos al satélite. Este tipo de reflectores parabólicos rotatorios pueden llegar

a conseguir altas ganancias.

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Satélites de comunicaciones japoneses CS

Bocinas reflectoras rotatorias han sido empleadas en la serie CS-2 y CS-3

de los satélites de comunicaciones japoneses CS. Estas antenas trabajan a

en las bandas de 6/4 GHz, como antenas pincel y de 30/20 GHz como

antenas de haz modelado.

3.5 ASPECTOS LEGALES DE LA INSTALACIÓN DE ANTENAS

El Reglamento de Radioaficionados, la Ley de Antenas, La Ley de

Ordenación de Comunicaciones y la jurisprudencia sobre el tema amparan el

derecho de todo radioaficionado con licencia a instalar y utilizar un sistema de

antenas adecuado. Las comunidades de vecinos o los propietarios de fincas

arrendadas no pueden oponerse a la instalación de una antena de radioaficionado

en la zona comunitaria sin mediar razones muy especiales.

Son numerosas las sentencias firmes dictadas en contra de comunidades

de vecinos que trataron de impedir ese derecho.

Sin embargo, la instalación de la antena debe adecuarse a unos requisitos

técnicos que es preciso cumplir para que pueda ser aprobada por la Inspección de

Telecomunicaciones y beneficiarse así de la protección legal.

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PROPAGACIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES

3.6 ELECCIÓN DE UNA ANTENA

La elección de la antena más adecuada es un compromiso entre multitud de

factores, entre los que destaca el tipo de comunicaciones que desee practicar.

Estudie atentamente su caso particular, pida la opinión de algunos colegas

expertos y esboce un proyecto de lo que crea oportuno instalar. No desaproveche

cualquier ocasión para construir y ensayar personalmente alguna antena sencilla

de hilo; la experiencia ganada con la experimentación es irreemplazable y, aunque

inicialmente algún montaje no proporcione los resultados esperados, merece la

pena tratar de insistir en ello.

La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a). Esencialmente tiene dos

partes radiantes con una longitud de media onda desfasadas 90º y puestas en

fases de cuadratura. Esta alimentada por un sistema de alimentación de líneas de

transmisión. Cuando corrientes iguales son usadas en dos radiadores, el diagrama

direcciones en el plano horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un

cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados es de media onda.

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PROPAGACIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES

La antena Turnstile esta adaptada para el uso de una banda de transmisión

por el empleo de conductores largos y un cuidado extremo de todos los detalles.

Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada en la figura (B) donde

se ve una antena usada en el Empire State, donde los conductores con diámetros

de un cigarrillo y las partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones

sobre las líneas AC y BD. Líneas separadas de transmisión son proveídas en F

para cada uno de los cuatro radiadores.

La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de cuadrado, donde el

largo de cuyo vértice es una cuestión de diseño, pero por propósitos descriptivos

puede ser tomado por aproximadamente un tercio de longitud de onda. La

corriente es entregada como se muestra en la figura, las corrientes en los cuatro

radiadores son iguales en magnitud y parecidas en fase como se muestra en las

flechas del diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una distancia

de media onda.

La figura (d) muestra una antena circular que también se llama antena de

loop. Los dos conductores circulares radiantes están eléctricamente rotos en B por

un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad mecánica y de fuerza,

toda la construcción es capaz de ser soportada desde el punto A. El circulo mas

bajo esta roto en C, de donde el sistema es alimentado en la forma de "Folded

Dipole" (Dipolo Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia (Tomando en

cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda.

Físicamente la circunferencia es menos que esto. Esta antena esta

enganchada a un mástil en el punto A y por lo tanto metálicamente a tierra. El

mástil esta dentro de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es elíptica,

la máxima diferencia en campo de fuerza es un poco menos que 2 db.

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PROPAGACIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES

Cuando estas unidades están apiladas en vertical el espacio entre ellas es

de una longitud de onda.

La antena "Coverleaf"esta mostrada en la figura (e). Esta consiste en una

torre de estructura metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto con

la torre misma forman un sistema de transmisión coaxial. Las "Hojas" radiantes

están agarradas como se muestra en la figura, formando una circunferencia

horizontal compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de

aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan intervalos de

media longitud de onda. El diagrama horizontal prácticamente circular.

La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un cilindro vertical

cerrado metálicamente en sus dos extremos, pero tiene una grieta abierta en un

elemento del cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se

muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro estableciendo un voltaje a

través de la grieta. La antena tiene un efecto externo como una distribución

vertical de circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas muy

juntas. El diámetro es mas o menos que media longitud de onda.

La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal que tiene un

particular sistema de alimentación coaxial.

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