¿Qué es una Antena?

Una antena es una parte escencial de un sistema de radiocomunicaciones, permite transmitir hacia el espacio libre la energía del transmisor ó puede recibir la energía del espacio libre y canalizarla hacia el receptor.  Esto hace que este dispositivo sea recíproco, es decir, mantiene sus características tanto de tranmisión como de recepción.

Se pueden encontrar arreglos de antenas que consisten en agrupaciones de 2 o más antenas conectadas entre sí, colocadas estratégicamente en el espacio para obtener las características de radiación deseadas, variando la alimentación (fase y amplitud) y la posición relativa de cada elemento radiante. Estas estructuras de antenas son muy comunes en sistemas de radio FM y TV.

Características de las antenas de radiocomunicaciones

Una antena al formar parte de un sistema de radiocomunicaciones, necesita ser caracterizada con una serie de parámetros que la describan y permitan evaluar su efecto sobre el sistema o especifiquen el comportamiento que se desea para incluir dicha antena en ese sistema.

El patrón de radiación de una antena es una representación gráfica de las características de radiación de ella en función de la potencia, tanto en dirección horizontal como vertical, en sentido con el suelo. Se suele representar mediante cortes bidimensionales ya sea en coordenadas polares o cartesianas, en la primera, el ángulo representa la dirección del espacio y el radio la intensidad del campo eléctrico o densidad de potencia, en la segunda, el ángulo está en las abscisas y el campo o la densidad de potencia en las ordenadas.

También se puede representar en forma tridimensional, en la cual se pueden identificar los planos E y H.

Tipos de antenas en radiocomunicaciones

Existen dos familias básicas de antenas, entre las cuales la antena monopolo, es la más sencilla de todas las antenas y su nombre sugiere que es la mitad de un dipolo.

La más común es el monopolo de ¼ de longitud de onda o monopolo de lambda/4  y siempre se usa en conjunto con un plano de tierra el cual actúa como una especie de espejo eléctrico.

La antena monopolo es utilizado en receptores de radio FM, radio teléfonos móviles y sistemas similares. Se pueden encontrar monopolos de mayor longitud de onda, que permiten tener mayores ganancias.

Las antenas dipolo, siendo la más común el dipolo lambda medios o ½ longitud de onda, también se conoce como antena resonante, es decir debe ser un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo.

Este tipo de antenas se utilizan principalmente para servicios en frecuencias superiores a 2 MHz, como por ejemplo radiodifusión de FM, televisión y radio móvil, para frecuencias inferiores a ésta el tamaño físico del dipolo es prohibitivo.

De esta familia de antenas dipolos se desprenden la gran mayoría de las antenas que se utilizan en la práctica, por ejemplo, antenas Yagi-Uda utilizadas para televisión con dipolos plegados o sencillos, lPDA o arreglo de dipolos logo periódico empleados para procesos de medición y monitoreo, antenas tipo panel utilizadas para telefonía celular y los alimentadores o feeders de antenas parabólicas para enlaces microondas y satelitales.

Dependiendo del perfil se pueden considerar otros tipos de antenas como las antenas parabólicas que dado por el tamaño de las antenas y sus características sólidas son principalmente utilizadas para enlaces microondas y satelitales; las de rejilla se utilizan para enlaces de microondas en frecuencias menores a 3 GHz y "high performance" en enlaces de microondas a frecuencias superiores a 4 GHz  

¿Qué es el patrón de radiación de una antena?

El patrón de radiación de una antena en una representación gráfica de las características de radiación de ella en función de la potencia, tanto en dirección horizontal como en dirección vertical, en sentido con el suelo. Puede usarse coordenadas polares, cartesianas o en forma tridimensional con planos E y H.

¿Cuáles son los tipos básicos de antenas?

  • Ominidireccionales: El patrón de radiación presenta simetría de revolución en torno a un eje.   (Ejemplo: las antenas de radio de los autos antiguos)

  • Direccionales: El patrón de radiación tiende a direccionarse en un sentido específico.  (Ejemplo: la antena parabólica de servicios como DISH o SKY)

  • Bidireccionales. El patrón de radiación es hacia ambas direcciones en sentidos contrarios.

¿Qué es una antena isotrópica?

Una antena isotrópica es una antena ideal (utópica) que radia la misma intensidad de radiación en todas las direcciones del espacio, se utiliza como referencia para definir los parámetros de las antenas reales.

Podemos imaginarnos una antena isotróica como un grano de arena (nuestra antena imaginaria) rodeado de esferas de vidrio concentricas que se hacen más grandes pero más débiles conforme se alejan del centro.

¿Que es la relación front to back?

En las antenas direccionales es bueno saber si el patrón de radiación es lo suficientemente direccional, es decir, la potencia transmitida es enviada en su mayoría hacia la dirección que deseamos.

La relación front to back se indica en dB a menor dB menor la calidad direccional de la antena.

¿Qué es un dB, dBi, dBd?

El decibelio o decibel, con símbolo dB, expresa una razón o cociente entre cantidades y no una cantidad. El decibel expresa cuantas veces más o cuantas veces menos, pero no la cantidad exacta. Es una expresión que no es lineal, sino logarítmica. Es una unidad de medida relativa. Se usa como base logarítmica el número 10.

Ejemplo: Mi hija tiene 10 años, yo tengo 50 años.

La razon padre a hija es de 5 años a 1 año, es decir 5/1 = 5 absoluto expresado en dB

dB = log(5) = 0.6989 es decir, la relación padre a hija en dB es 0.6989, al ser positivo sabemos que es una relación mayor a 1. Ya que el logaritmo de 1 es 0 y todo número menor a 1 es negativo en dB.

La razón hija a padre es de 1 año a 5 años, es decir 1/5 = 0.2 absoluto expresado en dB

dB = log (0.2) = -0.6989, es decir la relación hija a padre en dB es -0.6989. Fijese que es el mismo número absoluto, sólo cambia el signo.

¿Por qué usar dB en vez de divisiones sencillas?

Resulta que en telecomunicaciones y en muchas áreas de ingenieria las relaciones son usualmente entre números grandes y números muy pequeños y si lo expresamos de manera tradicional usualmente se encuentra con cantidades como 0.000000001 bits correctos contra bits con error. Este es un número muy chiquito que conviene convetirlo en dB para mayor claridad y manejor, que en este caso sería -9 dB.

¿Qué es entonces un dBi y un dBd?

"DBi" significa "ganancia de antena en dB por encima de un radiador isotrópico"; "DBd" significa "ganancia de antena en dB por encima de una antena dipolo de media onda resonante". Un radiador isotrópico es un radiador ficticio que irradia uniformemente en todas las direcciones espaciales. Para comparación: 0 dBd = 2,15 dBi.

Si se especifica la ganancia de antena sin ninguna referencia, sólo "dB", debe sospechar de la corrección del valor. Un verdadero fabricante de antena o experto en medición de antenas siempre especificará la antena de referencia.

Para completar: hay otras dos referencias de ganancia de antena, una a una antena monopolar sobre terreno sin pérdidas, usada principalmente en ondas largas y ondas medias. Se denomina generalmente "dB (monopolo)". Y hay otro que expresa ganancia de antena para polarización circular, a veces denotada como "dBi (c)".

¿Qué es una antena monopolo?

Es la más sencilla de las antenas y su nombre indica es es “un” solo polo. Lo más común es el monopolo de ¼ de longitud de onda o monopolo de lamda cuartos.

La antena monopolo siempre se usa en conjunto con un plano de tierra el cual actua como una especie de espejo eléctrico.

Ejemplo: La antena de radio de un auto antiguo o de un radio AM/FM antiguo.

¿Qué es lamda?

Es longitud total de un ciclo de onda expresada en metros, es decir, las señales de radio son ondas electromagnéticas que operan a una cierta frecuencia. Conociendo la frecuencia y conociendo la velocidad de la luz 300,000 Km/seg podemos determinar el valor de un ciclo de onda y por tanto el valor lamda.

Por ejemplo las señales de televisión o FM estan en rango de lambda de 6 a 2 metros. ½ lambda sería de 3 a 1 metro y ¼ de lambda seria de 1.5 metros a 0.5 metros. ¿Estos tamaños te recuerdan el tamaño de las antenas que se ven en los techos de las casas?

¿Qué es una antena dipolo?

Es una antena que tiene “dos” polos y la más común el dipolo de lambda medios o ½ de longitud de onda. También se conoce como antena resonante.

De la familia de dipolos se desprenden las antenas que se utilizan en la práctica ejemplo: antenas Yagi-Uda, LPDA o arreglo de dipolos logo períodicos, antenas tipo panel usadas en tecnología celular y los alimentadores o feeders de antenas parabólicas para enlaces microondas y satelitales.