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TIPOS DE ANTENAS
Tipos
básicos de antenas, descripción y
características
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| 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. Ejemplo son las natenas de
edificios de apartamentos donde una senal se
distribuye para todos usando una sola antena. |
| 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.
Counmente se usaba en radios antiguos y hoy se
usa para racepcion de radioaficionados. |
| 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 y la banda
de UHF en television. |
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Antena Lineal: La
que está constituida por un conductor rectilíneo,
generalmente en posición vertical. |
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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.
Una 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. |
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| La figura
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. La impedancia en los
extremos de la antena de Emaximo
/ Iminimo y un valor máximo.
La figura
siguiente muestra la curva de impedancia para un
dipolo de media onda alimentado en el centro. |
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| 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
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. |
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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 siguiente)
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. |
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| 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.
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 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. |
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| 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". 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
siguiente se proporciona las dimensiones para
óptima ganancia de una antena yagi de tres
elementos |
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Antenas Prácticas
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| 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.
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.
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| 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. 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. 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. 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.
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| 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. |
| 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. |
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Aspectos Legales de la Instalación de Antenas
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| El Reglamento
de radioaficionadosy la Ley de Antenas de
cada pais, 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. |
| Conclusión |
| 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. |
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| 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. 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. 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. |
