Antena, línea de transmisión y entorno forman un único sistema de RF. Para estudiar bien este bloque conviene distinguir qué hace una antena, cómo distribuye la energía en el espacio, cómo la transporta una línea y cómo se adapta el conjunto. Cada concepto se define antes de introducir fórmulas o ejemplos.
Fundamentos de antenas
Longitud de onda y tamaño eléctrico
La longitud de onda λ es la distancia que avanza una onda durante un ciclo. Una antena se comporta según su tamaño eléctrico, es decir, según cuántas fracciones de λ mide.
Relación: λ=c/f; para cálculo rápido en aire, λ(m)≈300/f(MHz).
Ejemplo: a 7 MHz, 5 m representan una pequeña fracción de λ; a 144 MHz, esos mismos 5 m son varias longitudes de onda.
La base física está en Electricidad y radioelectricidad.
Resonancia e impedancia de entrada
Una antena está en resonancia cuando la reactancia neta en su punto de alimentación es aproximadamente cero. Eso no significa necesariamente 50 Ω ni ROE 1:1.
La impedancia de entrada se expresa como Z=R+jX y depende de geometría, frecuencia, altura, suelo, punto de alimentación y objetos próximos.
Distribución de corriente y tensión
La corriente y la tensión no se distribuyen igual a lo largo de una antena. En un dipolo λ/2 alimentado en el centro, la corriente es máxima cerca del punto de alimentación y disminuye hacia los extremos; la tensión hace aproximadamente lo contrario.
Esto explica por qué alimentar una antena en el centro o en un extremo produce impedancias muy distintas.
Resistencia de radiación y eficiencia
La resistencia de radiación es una resistencia equivalente que representa la potencia convertida en radiación. No es una resistencia física que se caliente.
La eficiencia compara potencia radiada y potencia aceptada. En un modelo simple, η=Rr/(Rr+Rpérdidas).
Idea clave: una ROE perfecta no garantiza una antena eficiente.
Antenas habituales
Dipolo de media onda
Un dipolo consta de dos brazos conductores alimentados entre sí. El dipolo λ/2 es una referencia fundamental por su sencillez y eficiencia.
En espacio libre, su resistencia de radiación en el centro es del orden de 73 Ω. Como punto de partida para hilo puede emplearse Ltotal(m)≈143/f(MHz), ajustando después en la instalación real.
Dipolo plegado y antena alimentada en extremo
Un dipolo plegado utiliza conductores paralelos unidos en sus extremos. Su impedancia de alimentación puede ser varias veces la de un dipolo simple según geometría.
Una end-fed o antena alimentada en extremo presenta una impedancia alta en el punto de alimentación cuando trabaja cerca de media onda, por lo que necesita una red de adaptación adecuada. La corriente de modo común en la línea también debe controlarse.
Monopolo vertical y ground plane
Un monopolo λ/4 utiliza un plano de tierra o radiales como retorno de RF. Sobre un plano conductor ideal presenta una resistencia de radiación del orden de 36 Ω.
Radiales, pérdidas del suelo y geometría modifican impedancia, eficiencia y diagrama.
Antenas acortadas, bobinas de carga y trampas
Una antena físicamente más corta que su longitud resonante puede compensarse con carga inductiva. La bobina ayuda a cancelar la reactancia capacitiva de la antena corta, pero no recupera automáticamente la resistencia de radiación perdida: la eficiencia puede bajar y el ancho de banda hacerse más estrecho.
Una trampa es un circuito resonante insertado en una antena para modificar su longitud eléctrica según la frecuencia. Permite construir antenas multibanda, aunque introduce pérdidas y complejidad.
Yagi-Uda
Una Yagi-Uda combina un elemento excitado con elementos parásitos, normalmente reflector y directores. Las corrientes inducidas refuerzan la radiación en unas direcciones y la reducen en otras.
Longitud y separación de elementos afectan a ganancia, impedancia, ancho de banda y relación adelante/atrás.
Bocina y parábola
Las antenas de apertura son habituales en microondas. Una bocina realiza una transición entre guía de ondas y espacio libre. Una parábola concentra energía hacia un foco o, en transmisión, produce un haz estrecho.
A mayor diámetro respecto de λ, mayor puede ser la directividad.
Polarización, diagramas y ganancia
Polarización
La polarización describe la orientación y evolución del campo eléctrico radiado. Puede ser lineal, circular o elíptica. En enlaces directos, una mala correspondencia de polarización produce pérdidas.
Diagrama de radiación, lóbulos y nulos
El diagrama de radiación muestra cómo cambia la radiación con la dirección. Los máximos forman lóbulos; los mínimos, nulos. El diagrama horizontal se expresa frente al azimut y el vertical frente al ángulo de elevación.
Directividad, ganancia y ancho de haz
La directividad describe cuánto concentra una antena la radiación. La ganancia incorpora además la eficiencia. Una antena no crea potencia; la redistribuye espacialmente.
El ancho de haz suele medirse entre puntos a −3 dB del lóbulo principal. La relación adelante/atrás compara radiación principal y posterior.
Área efectiva
El área efectiva Ae representa la capacidad de una antena receptora para extraer potencia de una onda incidente. No tiene por qué coincidir con su superficie geométrica.
Relación ideal: Ae=Gλ²/(4π), con G en valor lineal.
El cálculo se desarrolla en Fórmulas y cálculos.
dBi, dBd, ERP y EIRP
dBi toma como referencia una antena isotrópica; dBd, un dipolo λ/2. Aproximadamente, G(dBi)=G(dBd)+2,15.
ERP utiliza referencia de dipolo y EIRP referencia isotrópica. Ambas incorporan potencia, pérdidas y ganancia.
Líneas de transmisión
Qué es una línea de transmisión
Una línea de transmisión transporta energía RF entre dos puntos. A frecuencias altas su longitud eléctrica y su impedancia característica forman parte del circuito.
El coaxial es no balanceado; la línea paralela es balanceada.
Impedancia característica Z0
Z0 es la relación entre tensión y corriente de una onda viajera en una línea ideal. No es la resistencia medida con un óhmetro entre conductores.
Si la carga es igual a Z0, la onda puede absorberse idealmente sin reflexión.
Factor de velocidad
La onda viaja por una línea más despacio que por el vacío. El factor de velocidad VF=v/c permite calcular la longitud física de una sección eléctrica determinada.
Pérdidas de línea
Una línea real pierde potencia por resistencia de los conductores, pérdidas dieléctricas y, si existen, radiación o fugas. Las pérdidas suelen aumentar con frecuencia y longitud.
Una desadaptación puede aumentar la potencia que circula repetidamente por una línea con pérdidas, elevando la pérdida total respecto del caso adaptado.
Reflexión, Γ y ROE
Si la carga no coincide con Z0, una parte de la onda se refleja. La suma de onda incidente y reflejada produce una onda estacionaria.
Γ expresa la relación de onda reflejada respecto de la incidente; la ROE relaciona máximos y mínimos de la onda estacionaria.
Idea clave: ROE describe adaptación, no eficiencia de radiación.
Secciones λ/4, λ/2 y stubs
Una línea ideal λ/2 repite la impedancia de carga; una λ/4 puede transformarla. Un stub es una sección abierta o cortocircuitada utilizada como elemento reactivo para adaptación o filtrado.
Guía de ondas y frecuencia de corte
Una guía de ondas es una estructura conductora que transporta energía electromagnética mediante modos de propagación. A diferencia de un coaxial, no admite propagación de cualquier frecuencia: cada modo tiene una frecuencia de corte.
Por debajo de la frecuencia de corte de un modo, la energía no se propaga normalmente a lo largo de la guía y decae rápidamente.
Balance, modo común y adaptación
Balun y unun
Un balun realiza una transición balanceado/no balanceado. Un unun conecta sistemas no balanceados. Según el diseño también pueden transformar impedancias.
La relación “4:1” debe interpretarse con cuidado: puede referirse a relación de impedancias y no directamente a espiras.
Corriente de modo común
En un coaxial puede aparecer corriente por la cara exterior de la malla. Esa corriente de modo común puede hacer radiar el cable, introducir RF en el cuarto de radio o captar ruido.
Un choque de modo común presenta alta impedancia a esa corriente dentro de su banda de trabajo.
Acopladores L, π y T
Un ATU transforma la impedancia que ve el transmisor mediante elementos reactivos. No convierte automáticamente una antena ineficiente en eficiente ni elimina las pérdidas de una línea con ROE elevada.
Entorno, ancho de banda y seguridad
Altura, suelo y objetos próximos
Altura, conductividad del terreno, tejados, canalones, mástiles y otras antenas modifican impedancia, resonancia y diagrama.
La altura influye especialmente en el diagrama vertical y, por tanto, en el ángulo de radiación útil para cada tipo de propagación.
Ancho de banda y Q
El ancho de banda de una antena depende del criterio utilizado: ROE, impedancia, ganancia u otro. Las antenas muy pequeñas eléctricamente o muy cargadas suelen tener Q alto y ancho de banda reducido.
Seguridad
En extremos de antenas y redes de adaptación pueden existir tensiones RF elevadas. También deben considerarse líneas eléctricas, viento, anclajes, trabajo en altura, descargas atmosféricas y exposición a RF.
Véase Medidas, interferencias y seguridad.
Glosario de antenas y líneas
| Término | Significado | Unidad/referencia | Relacionado |
|---|---|---|---|
| λ | Longitud de onda | m | Longitud de onda |
| Z | Impedancia | Ω | Impedancia |
| Z0 | Impedancia característica | Ω | Línea |
| Γ | Coeficiente de reflexión | adimensional | Reflexión |
| ROE | Relación de ondas estacionarias | relación | ROE |
| Ae | Área efectiva | m² | Área efectiva |
| VF | Factor de velocidad | adimensional | VF |
| Balun | Transición balanceado/no balanceado | — | Balun |
| ATU | Red de adaptación | — | ATU |
Repaso
- Resonancia no equivale a ROE 1:1.
- Una antena acortada puede perder eficiencia y ancho de banda.
- Ganancia no crea potencia: redistribuye la radiación.
- Z0 no se mide con un óhmetro.
- Una guía de ondas tiene frecuencia de corte.
- Un ATU adapta impedancia, pero no elimina automáticamente pérdidas del sistema.
Para ROE, Γ, dBi, EIRP y área efectiva consultad Fórmulas y cálculos. Para el efecto del ángulo y la altura sobre el trayecto, Propagación.
Fuentes y material de contraste
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