Antenas

Antena:

La definición formal 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.

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 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.
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.
Antena Dipolo: 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: elección de una antena

Al elegir el tipo de antena a utilizar, nos encuentramos limitados en el espacio y estructura, lo que nos obliga a utilizar sistemas de antenas sencillas. Aunque el espacio disponible sea limitado conviene considerar las caracteristicas de propagación de la banda o bandas de frecuencias a utilizar, para ver las antenas disponibles.En general la construccion y ubicación de las antenas se tornan mas críticas e importantes en las frecuencias mas altas. En las frecuencias de 2 a 10 Mhz el ángulo de irradiación vertical y el plano de polarizacion puden ser de poca importancia y en 30 Mhz son muy importantes.

ANTENA MARCONI

Se denomina antena Marconi a las que tienen un cuarto de onda de longitud o un múltiplo impar de éste, con toma de tierra. La reflexión que se produce en el plano de tierra produce un efecto equivalente al de una antena de media onda.

La antena Marconi tiene las mismas características eléctricas que la antena común de media onda, exeptuando la impedancia de la base que es aproximadamente la mitad de la del dipolo.

ANTENA DE MEDIA ONDA

La alimentacion en el centro de un sistema de antena de madia onda, es generalmente preferible a la alimentacion en su extremo, ya que el sistema alimentado en el centro se halla equilibrado respecto a tierra y por lo tanto menos sujeto a perturbaciones por irradiación del sistema de alimentación.

ANTENA DIPOLO SINTONIZADO

En la antena dipolo sintonizado, el dipolo alimentado en corriente con alimentadores espaciados, o Zepelin alimentado al centro”, es un sistema equilibrado, si las dos ramas del radiador son eléctricamente iguales. En esta entena el equilibrio se mantiene independiente de la frecuencia o de los armónicos en que ha de funcionar la antena. Esta antena puede funcionar en un amplio margen de frecuencias, si el conjunto puede entrar en resonancia a la frecuencia de funcionamiento. Es posible sintonizar la antena a la resonancia empleando una bobina con tomas intermedias y un condensador de sintonía que puede ser colocado en paralelo o en serie con la bobina de antena. Si usa un condensador en serie, éste puede disponer en la antena, en serie con uno de los hilos del alimentador, sin que por ello se produzca desequilibrio en el sistema.

ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA

La antena dipolo de media onda alimentado en el centro posee una impedancia teórica de 75 ohms en el espacio abierto. Esto no ocurre en los montajes prácticos de esta antena, debido a los elementos circundantes y a la altura a la que se instale el dipolo.

Existen varios procedimientos para adaptar el dipolo a la línea en esta antena. La utilizacion de un soporte en el centro de la antena, más elevado que los extremos en forma de “V” invertida permite que con la variación del angulo central, adaptar estas impedancias a la de el alimentador (coaxil o linea abierta), dentro de un margen entre los 60 y 120 grados. Esta antena tiene la ventaja de tener un ángulo de irradiación bajo por lo que permite comunicarse a mayor distancia cuando ésta se realiza por saltos.

ANTENA DIPOLO PLEGADO.

En la antena dipolo plegado se emplean dos o mas hilos en paralelo en el elemento irradiante, pero solamente se corta uno de ellos para la conexión al alimentador.

Se utilizan dos hilos en la parte superior plana de la antena, con lo que se multiplica por cuatro el valor de la impedancia del dipolo sencillo. Tanto la antena como el alimentador que va desde la antena al emisor se pueden construir con cable del tipo de cinta de 300 ohms de impedancia tipo TV. Al dipolo se le da una longitud inferior a la que corresponde en el calculo ordinario de una antena (140,81/f en vez de 142,5/f cuando se construye con un solo hilo).

Esta antena tiene la mayor anchura de banda de todos los sistemas ordinarios en media onda, construídos con hilos relativamente delgados. Por lo tanto una antena de dipolo plegado puede funcionar en un margen de frecuencias más amplio que una antena ordinaria de media onda, sin que se produzcan ondas estacionarias de magnitud excesiva.

LA ALIMENTACION COAXIL EN ANTENAS

El uso correcto del cable coaxial para antenas exige que la ROE se mantenga baja preferiblemente inferior a 2:1. Dado que la impedancia varía mucho al pasar de una banda a otra no es posible alimentar una antena sencilla con linea coaxil y usarla en varias frecuencias si no se recurre a algun artificio. La única excepción es el uso de una linea de 75 ohms para alimentar una antena de media onda y utilizarla en su tercer armonico sin que la ROE resulte excesiva.

Existe un sistema de antena multibanda de fácil uso; en este sistema se conectan dipolos independientes a una misma línea de alimentación. Si los dipolos tienen las longitudes correctas, la ROE de la antena será moderado.

La antena puede construirse suspendiendo cada juego de elementos del superior, utilizando separadores de madera o plástico de alrrededor de 30 cm de largo. Como alternativa puede dejarse que cada antena caiga unos cuantos cm. debajo de la otra llevando las cuerdas unidas a los aisladores, a un punto común.

ANTENAS DIRECCIONALES.

Un objeto situado dentro del campo de inducción electromagnético creado por la antena absorberá energía, pero si el objeto que causa interferencia con la onda irradiada es una antena similar a la antena irradiante, sintonizada a una frecuencia ligeramente mas baja que la de la antena irradiante, y se sitúa a una distancia de ¼ de longitud de onda y paralela a la misma, generará un campo irradiado muy distinto al de una antena de ½ longitud de onda.

Las ondas electromagnéticas se propagan con la misma velocidad de la luz, por consiguiente la onda irradiada llegará a la antena interferente un cuarto de ciclo después de que ha sido emitida por la antena irradiante, ya que ésta se encuentra a ¼ de longitud de onda de distancia. Se induce una corriente en la antena interferente que resta medio ciclo al flujo electromagnético que la produce. Según la Ley de Lenz, la corriente en la antena interferente difiere de la corriente de la antena irradiante por tres cuartos de ciclo o sea 270º.

La corriente que fluye por la antena interferente causa una irradiación hacia la antena irradiante y lo hace despues de otro cuarto de ciclo, o sea 90º de forma que la onda de la antena interferente llega a la antena irradiante 360º después de que ha sido emitida por la antena irradiante. La onda de la antena interferente llega a la antena irradiante en el momento que la onda siguiente parte de ésta. Las dos ondas estarán en fase formando una onda dos veces mas poderosa que la original en dirección contraria a la de la antena interferente. La antena interferente se denomina Reflector.

Considerar que detrás de la antena reflectora, una onda gana 90º mientras que la otra pierde 90º por lo que ambas ondas estan 180º fuera de fase en esa dirección, y que se cancelan mutuamente; la irradiacion de la antena reflectora queda anulada.

De lo anterior se deduce que una antena de esta clase, sintonizada a una frecuencia ligeramente más baja que la de la antena irradiante (5% mayor de longitud) y espaciada ¼ de longitud de onda de distancia de la antena irradiante, hace de reflector de forma que la irradiacion máxima esté en el mismo sentido lineal de las dos antenas.

Si la antena interferente es un poco más corta que la antena irradiante, sintonizada a una frecuencia mas elevada, el resultado es exactamente lo contrario y actuará como director, hallándose el máximo de la irradiación en la dirección de la antena interferente, en este caso el director.

De lo anterior, observamos que la llamada sintonía de los elementos en una antena se reduce a su ajuste, en una longitud menor o mayor, con respecto al irradiante de ½ longitud de onda. A estos principios generales responden los llamados sistemas rotativos direccionales con elementos parásitos. Se denominan así porque, eceptuando el irradiante (elemento exitado), los restantes no son irradiantes propiamente tal. Estos sistemas concentran la energia irradiada en una determinada dirección, sin irradiación posterior.

CABLEADO DE ANTENAS

Los valores de resistencia de radiación varían de un tipo de antena a otra. Analizaremos las diferentes formas de adaptar estas antenas a un cable coaxial de uso standard de 50 ohms.

LA ADPTACION GAMMA PARA ANTENAS

La adaptacion Gamma para antenas puede ser considerada como la mitad de una adaptacion en “T”.

Se coloca un condensador para la resonancia en serie con la varilla gamma. La capacidad debe ser aproximadamente 7pF por metro de longitud de onda. La longitud de la varilla gamma, + o – 10% del largo del dipolo y 3 veces mas fino en su diámetro, determina la transformación de impedancias entre la línea de transmision y el elemento exitado de la antena. El condensador gamma sintoniza la autoinducción de la varilla de la antena. Ajustando la longitud de la varilla de la antena y el condensador, la relación de ondas estacionarias (ROE) del cable coaxil puede llegar a ser de bajo valor para la frecuencia de funcionamiento elegida.

EL DIPOLO PLEGADO EN ANTENAS

Puede emplearse cualquiera de los sistemas de adaptación en antenas, claro que algunos ofrecen ciertas ventajas sobre los otros. En el aspecto mecánico, no es conveniente cortar el dipolo exitador para efectuar su alimentación en las antenas direccionales. Al hacer el corte, disminuyen las ventajas de construir la red de antenas toda metálica y se imponen limitaciones mecánicas.

Los sistemas de alimentacion de dipolo plegado en anternas son los que presenten las menores pérdidas de toda clase en el sistema de alimentación ya que las corrientes que pasan por la red adaptadora son las mas pequeñas de todos los sistemas. El cálculo de las condiciones de funcionamiento de los sistemas de alimentación en antenas de adaptación por dipolo plegado o doblado es relativamente sencillo; basta multiplicar la relacion de transformación de impedancias indicada por el valor de resistencia de irradiación del sistema irradiante. Así se obtiene la impedancia del cable a utilizar para la alimentación de la antena.

Diámetro del dipolo de la antena = a diámetro del plegado relacion:4
Diámetro del dipolo de la antena = a 0.5 diámetro del plegado separacion 1.5 diam. del dipolo relacion: 6,9
Diámetro del dipolo de la antena = a 0.25 diámetro del plegado separacion 1.15 dia. Del dip. relacion: 10.5
Diámetro del dipolo de la antena = a 0.25 diámetro del plegado separación igual diámetro dipolo relacion: 16
Esta tabla nos confirma que variando la separacion del plegado y su diametro es posible lograr prácticamente cualquier valor práctico de alimentación en antenas.

Este tipo de alimentación en antenas no puede usarse directamente con cable coaxial, pero para aprovechar las ventajas antes mencionadas y mantener el balance del dipolo, se utiliza un Balún, que no es otra cosa que una seccion de ½ onda conectada al dipolo de la antena.

Fórmula de cálculo es L = 150 * 0.66 / frecuencia (0.66 en el caso de coaxial RG58 o RG8) . La relacion de transformación de este elemento es de 4 a 1 o sea que las impedancia del cable de alimentación de la antena (en nuestro caso 50 ohms) es elevada a 200 ohms lo que permite mantener bajas las corrientes que circulan por este elemento y la red adaptadora de la antena.

ANTENA ADAPTACION EN T

Variante de antenas con adaptador Gamma; se obtienen valores de adaptación mas altos, similares a los obtenidos en antenas del dipolo plegado. En la práctica es la repetición en ambos lados del dipolo del adaptador gamma y el valor de impedancia obtenido es 4 veces el obtenido con un brazo gamma. Este tipo de alimentacion es similar al usado en antenas de dipolo plegado y para usar con alimentador coaxil tambien debe utilizarse un Balun.

ANTENAS VERTICALES.

ANTENA PLANO DE TIERRA

Es una antena irradiente, eficaz en angulos bajos para cualquiera de las bandas de aficionados.

A esta antena no le afectan las condiciones del terreno próximo debido a su sistema de tierra artificial formado por los hilos radiales. La impedancia en la base de esta antena es del orden de 30 a 35 ohms y se alimenta con línea de alimentacion coaxial de 50 ohms, si bien se producirá una ligera desadaptación de impedancia. Mejor opción es usar una línea de 75 ohms y una línea adaptadopra de ¼ de onda construida con coaxil de 50 ohms. La ganancia con respecto a un dipolo de ½ onda es de –1.8 dB.

ANTENA DE 5/8 DE ONDA

En esta antena la irradiante es eficaz en angulos bajos con algo de ganancia con respecto a una antena dipolo de ½ onda (aprox.1.2 dB) pero con una impedancia en el punto de alimentacion altamente capacitiva. Para compensarlo se coloca en serie con el punto de alimentacion una bobina con una reactancia igual a la capacitiva para conpensar y presentar un valor practicamente resistivo.

Las antenas móviles utilizan este sistema (en 144 Mhz o superiores) con el agregado de una bobina adaptadora a tierra para mantener baja la ROE.

ANTENA J

Essta antena es un dipolo de ½ onda alimentado en un extremo con una red de ¼ de onda que puede ser alimentado con linea coaxil utilizando cualquiera de los métodos comunes (gamma,balún,etc) Esta antena tiene una ganancia unitaria ya que se trata de un dipolo y el angulo de irradiación en bajo, lo que permite comunicaciones a distancia en VHF.

ANTENA RINGO

Esta antena se compone de un dipolo de ½ onda vertical alimentado con un sistema independiente de tierra. Para la adaptación se emplea un circuito resonante de bobina (el aro) y capacitor (el caño que entra en el mastil) con un brazo gama que permite adaptarla a la línea de alimentacion. Por ser independiente de tierra no se necesita usar los planos. La aislación de la línea de alimentacion es buena; si está correctamente ajustada, tendrá una muy baja irradiacion. Al ser una variacion de un dipolo de ½ onda la ganancia de esta antena será de 1.8 sobre una de plano de tierra y de 1 sobre un dipolo de ½ onda.

ANTENAS MOVILES ACORTADAS

Estas antenas se analizan aparte dado la cantidad de factores que modifican su funcionamiento. Acá se incluyen las antenas con bobina en la base, en el centro, con carga capacitiva, etc. Dentro de este tipo de antenas se encuentran las comunmente utilizadas en BC (banda civil) y 10 Mts para móviles. En todos los casos la ganacia de estas antenas es menor a la de un dipolo y nunca mayor que el 30% en el mejor de los casos.

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