ANTENAS
Una antena es un dispositivo
(conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia
el espacio libre. Una antena transmisora transforma energía eléctrica en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos
casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser
directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de
teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una
dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radio enlaces).
Las características de las antenas dependen de la
relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia
transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas
que la longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen
dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si
su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son directivas.
Características
de las antenas:
Existen varias características importantes de una
antena que deben de ser consideradas al momento de elegir una específica para
su aplicación:
Patrón de radiación
Ganancia
Directividad
Polarización
Patrones de Radiación:
El patrón de radiación de una antena se puede representar como una gráfica
tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de
radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el
patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada
por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la
energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se
tiene una representación tridimensional de cómo es realmente radiada la energía
desde la antena.
Ganancia:
La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una
antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en
dBi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en
cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena
isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y
una ganancia lineal unitaria.
Directividad:
La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia
radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la
habilidad de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección
especifica. Es usualmente una relación de intensidad de radiación en una
dirección particular en comparación a la intensidad promedio isotrópica.
Polarización:
Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos
tipos básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal
(incluye vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular
derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide
que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy importante si se quiere
obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la
misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.
Tipos de antenas
Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas
libres son:
Antenas Dipolo
Antenas Dipolo multi-elemento
Antenas Yagi
Antenas Panel Plano (Flat Panel)
Antenas parabólicas (plato parabólico)
Antenas Dipolo:
Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero
el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para
transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier
movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover
alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena
se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes
cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación.
Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del
patrón de azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados
alrededor de la antena. Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por
naturaleza, y pueden ser ahusadas o con formas especificas en el exterior para
cumplir con especificaciones de medidas. Estas antenas son usualmente
alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero también pueden
tener el conector en el centro de la misma.
Antenas Dipolo Multi-Elemento:
Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las
características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación
y azimuth similar al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre
ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el
incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el
uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser
configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con
características físicas similares. Tal como se puede ver en el patrón de
elevación de la fig. 2, múltiples antenas de dipolo son muy direccionales en el
plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía igualmente bien en todas
las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en
configuración horizontal.
Antenas Yagi:
Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde
solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos
(específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y
directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas
parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.
Antenas Panel Plano (Flat Panel):
Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma
cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las
antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia
radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el
patrón de elevación (Fig. 4) y en el patrón de azimuth (Fig. 5) se puede ver la
directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser
fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto
puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.
Antenas Parabólicas:
Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de
elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas
antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las
ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también
funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz
estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica
es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y
enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy
alta ganancia.
Antena de Ranura:
Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a
las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su
construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las
antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca
ganancia, y no cuentan con alta direccionalidad, como evidencian sus patrones de
radiación y su similidad al de los dipolos. Su más atractiva característica es
la facilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su
bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.
Antenas Microstrip:
Estas antenas pueden ser hechas para emular cualquiera de los diferentes tipos
de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles
que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en
circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no
poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están
hechas para rangos de frecuencia muy específicos. En muchos casos, esta
limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el desempeño del
radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas
para equipos de comunicación de banda amplia.
Conclusión:
De esta introducción básica a las antenas, podemos obtener una comprensión
simple de los tipos de antenas y aplicaciones de estas. Por ejemplo, las
antenas dipolo aun cuando no proveen mucha ganancia ofrecen la mejor
flexibilidad en cuanto a orientación de la antena. Las antenas flat panel
ofrecen mayor direccionalidad y son buena opción para instalaciones fijas. La
antena parabólica con su alta ganancia y gran direccionalidad son muy buenas
para proveer enlaces punto a punto en largas distancias, con antenas instaladas
permanentemente. Finalmente las antenas de ranura y las de microstrip son correctas
para aplicaciones de desempeño moderado que necesitan integrar la antena dentro
del radio y aplicaciones OEM. Adicionalmente es posible usar diferentes tipos
de antena en el mismo sistema. Por ejemplo, se puede montar una antena flat
panel en una pared cerca de un access point. Cuando una pieza de equipo con
antena dipolo cerca del access point, el sistema podría actualizar estadísticas
inmediatamente en el equipo.
Para ayudar en la elección de la antena correcta para su aplicación, la tabla 1
se provee como un medio de comparación entre los diferentes tipos:
|
Patrón de Radiación
|
Ganancia
|
Directividad
|
Polarización
|
Dipolo
|
Amplio
|
Baja
|
Baja
|
Lineal
|
Dipolo Multi-Elemento
|
Amplio
|
Baja/Media
|
Baja
|
Lineal
|
Panel Plano (Flat Panel)
|
Amplio
|
Media
|
Media/Alta
|
Lineal/Circular
|
Plato Parabólico
|
Amplio
|
Alta
|
Alta
|
Lineal/Circular
|
Yagi
|
Endfire
|
Media/Alta
|
Media/Alta
|
Lineal
|
Ranura
|
Amplio
|
Baja/Media
|
Baja/Media
|
Lineal
|
MicroStrip
|
Enfire
|
Media
|
Media
|
Lineal
|
REFERENCIAS:
Wikipedia. (2015). Antenas. 2017, de La enciclopedia Libre Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Antena
