Antena para niños
Una antena es un aparato, generalmente de metal, que sirve para enviar y recibir ondas electromagnéticas a través del aire. Piensa en ellas como los "oídos" y "bocas" de los aparatos electrónicos. Cuando una antena transmite, convierte la energía eléctrica en ondas que viajan por el espacio. Cuando recibe, hace lo contrario: transforma esas ondas en energía eléctrica.
Hay muchos tipos de antenas, cada una con un propósito diferente. Algunas están diseñadas para enviar señales en todas direcciones, como las de una estación de radio o las de tu teléfono móvil. Otras, en cambio, concentran la señal en una dirección específica para que no interfieran con otros servicios, como las antenas que se usan para conectar dos puntos lejanos.
Las características de una antena dependen de su tamaño en comparación con la longitud de onda de la señal que maneja. Si la antena es mucho más pequeña que la longitud de onda, se les llama elementales. Si tienen un tamaño similar a la mitad de la longitud de onda, son resonantes. Y si son mucho más grandes, se les conoce como directivas.
Contenido
- ¿Cómo funcionan las antenas?
- Diagrama de radiación: ¿Hacia dónde envía la señal?
- Ancho de banda: ¿Qué frecuencias puede usar?
- Directividad: ¿Qué tan enfocada está la señal?
- Ganancia: ¿Cuánta potencia concentra?
- Eficiencia: ¿Cuánta energía se aprovecha?
- Impedancia de entrada: ¿Cómo se conecta?
- Polarización: ¿Cómo "vibra" la onda?
- Relación Delante/Atrás: ¿Qué tan bien bloquea las señales traseras?
- Resistencia de radiación: ¿Cuánta potencia se irradia?
- Tipos principales de antenas
- Tipos de antenas según su función
- La Tierra y las antenas
- Ver también
- Véase también
¿Cómo funcionan las antenas?
Las antenas tienen varias características importantes que nos ayudan a entender cómo se comportan.
Diagrama de radiación: ¿Hacia dónde envía la señal?
El diagrama de radiación es como un mapa que muestra cómo una antena envía o recibe señales en diferentes direcciones. Nos dice dónde la señal es más fuerte y dónde es más débil.
Gracias a este diagrama, podemos clasificar las antenas:
- Antena isotrópica: Es una antena ideal que envía la señal por igual en todas direcciones (no existe en la realidad, pero se usa como referencia).
- Antena directiva: Envía la señal principalmente en una dirección.
- Antena bidireccional: Envía la señal en dos direcciones opuestas.
- Antena omnidireccional: Envía la señal en todas las direcciones de un plano (como un círculo), pero no hacia arriba o abajo.
Los puntos clave de este diagrama son:
- Dirección principal: Es la dirección donde la antena envía o recibe la señal con más fuerza.
- Lóbulo principal: Es la zona alrededor de la dirección principal donde la señal es más fuerte.
- Lóbulos secundarios: Son otras zonas donde la señal es más débil que en el lóbulo principal.
- Ancho de haz: Es el ángulo en el que la potencia de la señal es al menos la mitad de la potencia máxima.
- Relación delante-atrás (FBR): Compara la fuerza de la señal en la dirección principal con la fuerza en la dirección opuesta.
Ancho de banda: ¿Qué frecuencias puede usar?
El ancho de banda es el rango de frecuencias en el que una antena funciona correctamente. Es como el "rango de voz" de la antena. Si la frecuencia de la señal está fuera de este rango, la antena no funcionará bien.
Directividad: ¿Qué tan enfocada está la señal?
La directividad nos dice qué tan bien una antena concentra la energía en una dirección específica. Una antena con alta directividad envía la señal en un haz estrecho, como un foco de luz. Se mide comparando la antena con una antena isotrópica (que irradia por igual en todas direcciones).
Ganancia: ¿Cuánta potencia concentra?
La ganancia es la potencia que una antena concentra en la dirección principal. Se relaciona con la directividad: si una antena es muy directiva, su ganancia será alta porque concentra la energía en un solo lugar.
Eficiencia: ¿Cuánta energía se aprovecha?
La eficiencia de una antena es la relación entre la potencia que realmente irradia y la potencia que se le entrega. Si una antena tiene una eficiencia del 80%, significa que el 80% de la energía que recibe se convierte en ondas electromagnéticas, y el 20% restante se pierde, por ejemplo, en forma de calor.
Impedancia de entrada: ¿Cómo se conecta?
La impedancia de entrada es como la "resistencia" que la antena presenta a la corriente eléctrica que la alimenta. Es importante que esta impedancia sea la correcta para que la antena funcione de manera eficiente.
Polarización: ¿Cómo "vibra" la onda?
Las ondas electromagnéticas tienen una dirección en la que "vibran" o se orientan. Esto se llama polarización. Puede ser lineal (horizontal o vertical), circular o elíptica. Es importante que la antena receptora tenga la misma polarización que la antena transmisora para recibir la señal de forma óptima.
En algunas antenas profesionales, especialmente las de satélite, una misma antena puede trabajar con dos polarizaciones diferentes al mismo tiempo. Esto permite enviar y recibir más información.
Relación Delante/Atrás: ¿Qué tan bien bloquea las señales traseras?
Este parámetro indica qué tan bien una antena rechaza las señales que vienen de la parte de atrás. Es útil para evitar interferencias no deseadas. Cuanto mayor sea este valor, mejor.
Resistencia de radiación: ¿Cuánta potencia se irradia?
Cuando una antena recibe energía, una parte se irradia como ondas y otra se convierte en calor. La resistencia de radiación es una forma de medir cuánta potencia se irradia.
Tipos principales de antenas
Las antenas se pueden clasificar de varias maneras, pero aquí veremos las más comunes.
Antenas de hilo
Las antenas de hilo están hechas de conductores delgados, como cables. Su tamaño suele ser similar a la longitud de onda de la señal. Se usan mucho en radios, televisores y comunicaciones de radioaficionados. Algunos ejemplos son:
- Monopolo vertical: Un solo cable vertical.
- Dipolo: Dos cables rectos alineados. La antena Yagi es una evolución del dipolo.
- Antena espira: Un cable en forma de bucle.
- Antena helicoidal: Un cable en forma de espiral, que se usa para señales con polarización circular.
Antenas de apertura
Estas antenas usan superficies o "aperturas" para concentrar las ondas electromagnéticas en una dirección. La más conocida es la antena parabólica, que se usa para enlaces de radio y satélite. Cuanto más grande es la parábola, más enfocada y potente es la señal.
El elemento que envía o recibe la señal en una antena parabólica se llama alimentador. Este alimentador suele estar en el centro de la parábola. Los alimentadores, por sí mismos, también pueden ser antenas, como las antenas de bocina, que se usan cuando se necesita cubrir un área más amplia.
Agrupaciones de antenas (Arrays)
Las agrupaciones de antenas, o "arrays", son conjuntos de dos o más antenas que trabajan juntas como una sola. Lo interesante de estas agrupaciones es que su patrón de radiación se puede cambiar, lo que las hace muy versátiles. Esto se logra controlando la señal que llega a cada antena individualmente.
Las agrupaciones pueden ser:
- Lineales: Las antenas están en línea recta.
- Planas: Las antenas están en un plano.
- Conformadas: Las antenas están en una superficie curva.
Las agrupaciones de antenas se usan para crear "antenas inteligentes", que pueden mejorar el rendimiento de los sistemas de comunicación inalámbrica. Algunas de sus ventajas son:
- Mayor cobertura: Llegan más lejos.
- Menos interferencias: Pueden ignorar señales no deseadas.
- Mejor seguridad: La señal es más direccional, lo que dificulta que otros la intercepten.
- Nuevos servicios: Permiten localizar usuarios o ofrecer servicios basados en la ubicación.
Tipos de antenas según su función
Además de la clasificación por su forma, las antenas también se pueden clasificar por cómo se usan y la tecnología que emplean.
Antenas con reflector
Estas antenas usan una superficie reflectora para dirigir las ondas. La idea se remonta a los experimentos de Heinrich Hertz en 1888. Funcionan como un espejo: las ondas que llegan paralelas al eje principal se reflejan y se concentran en un punto llamado foco. Si la antena es emisora, las ondas salen del foco, se reflejan y se van paralelas al eje.
Las antenas con reflector parabólico son muy comunes en comunicaciones por satélite. Son fáciles de construir y muy direccionales.
Tipos de antenas con reflector
- Foco primario: La superficie es un paraboloide redondo. El foco está en el centro. Tienen un buen rendimiento, pero el alimentador (el dispositivo que envía o recibe la señal) puede bloquear parte de la señal.
- Offset: Son una sección de un paraboloide, con forma ovalada. El foco está a un lado, fuera de la superficie de la antena. Esto mejora el rendimiento porque el alimentador no bloquea la señal.
- Cassegrain: Usan dos reflectores: uno principal parabólico y uno secundario hiperbólico. El sistema de alimentación está en el foco secundario. Se usan en antenas muy grandes, ya que es más fácil acceder al alimentador para su mantenimiento.
Alimentadores para antenas con reflector (bocinas)
Las bocinas son antenas que se usan para "iluminar" el reflector de una antena parabólica. Se colocan en el foco del paraboloide. Una sola bocina puede cubrir un área global desde un satélite, o se pueden agrupar varias para cubrir un país o continente.
Las bocinas pueden transmitir o recibir dos ondas con polarizaciones diferentes al mismo tiempo, siempre que sean ortogonales (perpendiculares) para evitar interferencias.
Hay dos tipos principales de bocinas:
- Bocina piramidal: Se ensancha en forma de pirámide. Son buenas para polarización lineal.
- Bocina cónica: Tienen forma de cono. Son ideales para polarizaciones circulares.
Lentes dieléctricas
Una lente dieléctrica es un objeto que ayuda a que una onda esférica se convierta en una onda plana, lo que aumenta la directividad y la ganancia de la antena. Funcionan de manera similar a las lentes ópticas. Se suelen usar a la salida de las bocinas para mejorar la señal.
Ganancia en estas antenas
La ganancia total de una antena reflectora depende de varios factores, como la eficiencia de iluminación (qué tan bien se ilumina la superficie), la eficiencia de "spillover" (pérdida de energía que se escapa del reflector), y la eficiencia por bloqueo (pérdida por el alimentador o sus soportes).
Usos de cada tipo de reflector
- Antena parabólica de foco primario: Se usan para televisión, radio y transmisión de datos.
- Antena parabólica Offset: Comunes para la recepción de satélite.
- Antena parabólica Cassegrain: Se usan en antenas muy grandes, donde el mantenimiento del foco es difícil. También en aplicaciones de radar.
- Antenas multihaz: Se usan en sistemas de satélite. Permiten que un satélite se comunique con varias estaciones en tierra al mismo tiempo. Pueden ser de tipo Offset o Cassegrain.
Antenas dipolos
Un dipolo es una antena sencilla con alimentación en el centro, usada para enviar o recibir ondas de radio. Son las antenas más básicas.
Tipos de antenas de dipolo
- Dipolo corto: Es un dipolo muy pequeño en comparación con la longitud de onda. Se usa cuando un dipolo de media onda sería demasiado grande.
- Dipolo de media onda: Su longitud es igual a la mitad de la longitud de onda de la señal.
- Dipolo doblado: Consiste en dos dipolos paralelos unidos en los extremos. Tiene un ancho de banda mayor y una impedancia más alta que un dipolo simple.
- Antena Yagi: Es un dipolo al que se le añaden elementos adicionales llamados "parásitos" (directores y reflectores) para hacerla más direccional. Los directores refuerzan la señal hacia adelante, y los reflectores la bloquean hacia atrás.
- Log periódica: Es una antena con un diseño especial donde las longitudes y separaciones de sus elementos varían de forma logarítmica. Esto le da un ancho de banda muy amplio, lo que significa que puede funcionar bien en muchas frecuencias diferentes. Se usa para TV, FM y comunicaciones militares.
Agrupaciones de dipolos
Las agrupaciones de dipolos son conjuntos de dipolos que trabajan juntos. El "factor de arreglo" es clave en su diseño, ya que describe cómo la geometría y la forma en que se alimentan los elementos afectan el patrón de radiación.
La Tierra y las antenas
Influencia de la Tierra en las ondas
El suelo afecta cómo se propagan las ondas electromagnéticas. La capacidad del suelo para conducir electricidad cambia según la frecuencia de las ondas y el tipo de material (tierra húmeda, seca, agua, etc.). A bajas frecuencias, el suelo se comporta como un buen conductor.
Cuando las ondas chocan con el suelo, se reflejan. La forma en que se reflejan depende del ángulo en que llegan y de la polarización de la onda. Si la onda llega casi paralela al suelo, la mayor parte de la energía se refleja.
Podemos imaginar que, además de la antena real, existe una "antena imagen" debajo del suelo que también envía una señal. La señal reflejada por el suelo recorre una distancia mayor que la señal directa, lo que puede causar un pequeño desfase entre ambas.
Antenas en recepción
Cuando una onda electromagnética llega a una antena, induce una pequeña corriente eléctrica. Esta corriente pasa a través de la impedancia de la antena.
La potencia máxima que una antena puede extraer de una onda electromagnética depende de su ganancia y del cuadrado de la longitud de onda de la señal.
Ver también
- Antena de bocina
- Antena de Cuadro
- Antena de látigo
- Antena de televisión
- Antena cúbica
- Antena helicoidal
- Antena inteligente
- Antena Marconi
- Antena parabólica
- Antena Yagi
- Cálculo de antenas
- Comunicación inalámbrica
- Diexismo
- Dipolo (antena)
- Espira (antena)
- MIMO
- Monopolo vertical
- Phased array
- Spillover (antena)
Véase también
En inglés: Antenna Facts for Kids
