Aquí tienes una forma rápida de conocer los diferentes tipos de antenas

En esta era moderna de la comunicación inalámbrica, muchos ingenieros están mostrando interés por hacer una especialización en los campos de la comunicación, pero esto requiere un conocimiento básico de los conceptos fundamentales de la comunicación, como los tipos de antenas, la radiación electromagnética y diversos fenómenos relacionados con la propagación, etc. En el caso de los sistemas de comunicación inalámbrica, las antenas desempeñan un papel destacado, ya que convierten las señales electrónicas en ondas electromagnéticas de forma eficaz. Las antenas son componentes básicos de cualquier circuito eléctrico, ya que proporcionan enlaces de interconexión entre el transmisor y el espacio libre o entre el espacio libre y el receptor. Antes de hablar de los tipos de antenas, hay que entender algunas propiedades. Aparte de estas propiedades, también tratamos en detalle los distintos tipos de antenas que se utilizan en un sistema de comunicación inalámbrica.

¿Qué es una antena?

Una estructura metálica que se utiliza para transmitir o captar señales electromagnéticas de radio se conoce como antena. Las hay de diferentes tamaños y formas. Las antenas de pequeño tamaño se pueden encontrar en los tejados para ver la televisión, mientras que las grandes se utilizan para captar señales mediante satélites. Las antenas que SCaN (Comunicaciones y Navegación Espaciales) incluye principalmente una antena particular con forma de cuenco que enfoca las señales en un extremo concreto conocida como antena parabólica. Este tipo de antena permite tanto la transmisión como la captación de señales electromagnéticas que pueden moverse vertical y horizontalmente para transmitir y captar la señal.

Desde una línea de transmisión, se envía una señal a una antena, tras lo cual esta señal puede transformarse en energía electromagnética para ser emitida por el espacio. A veces, se utiliza un dispositivo eléctrico como una antena para cambiar la energía eléctrica en señales electromagnéticas y viceversa.
La antena desempeña un papel fundamental en la transmisión y recepción de la radiación electromagnética.

En una antena transmisora, una antena recibe señales eléctricas de una línea de transmisión y las transforma en ondas de radio. En la antena receptora es todo lo contrario, ya que permite las señales de radio del espacio y las transforma en señales eléctricas y las proporciona a una línea de transmisión. Los parámetros típicos de una antena son el ancho de banda, la ganancia, el diagrama de radiación, la polarización, la impedancia y el ancho de haz.

¿Por qué necesitamos antenas?

Hay muchas razones para utilizar las antenas, pero la principal es que proporcionan un método fácil para transmitir señales allí donde otras técnicas no son posibles.

Por ejemplo, el piloto de un avión necesita conversar con el personal de ATC con frecuencia. Así que la comunicación entre ellos se puede hacer a través de la comunicación inalámbrica y las antenas que son la entrada para ello. Por lo tanto, hay varias condiciones o aplicaciones en las que se eligen los cables en lugar de la comunicación inalámbrica a través de antenas.

Parámetros fundamentales de los tipos de antenas

En un sistema de comunicación inalámbrica, la antena es un componente esencial. Por ello, es importante saber que las características del sistema de comunicación inalámbrica dependen de las características de la antena que se utiliza en el sistema. Por ejemplo, las características de funcionamiento del sistema de comunicación tendrán su origen en las características direccionales de la antena. En muchas aplicaciones de las antenas, éstas se asocian a algunos parámetros básicos. A veces se denominan características o propiedades de la antena. Algunas de las características de una antena son las siguientes

• Patrón de radiación de la antena
• Polarización de la antena
• Intensidad de la radiación
• Apertura efectiva
• Ganancia y directividad
• Ancho de banda
• Ganancia de potencia y eficiencia de radiación
• Longitud efectiva
• Impedancia de entrada

Propiedades de los tipos de antenas

Las diferentes propiedades de los tipos de antenas incluyen las siguientes.

• Ganancia de la antena
• Apertura
• Directividad y ancho de banda
• Polarización
• Longitud efectiva
• Diagrama polar

Ganancia de la antena: El parámetro que mide el grado de directividad del diagrama radial de la antena se conoce como ganancia. Una antena con mayor ganancia es más eficaz en su diagrama de radiación. Las antenas se diseñan de forma que la potencia aumente en la dirección deseada y disminuya en las direcciones no deseadas.

G = (potencia radiada por una antena)/(potencia radiada por la antena de referencia)

Apertura: Esta apertura también se conoce como apertura efectiva de la antena que participa activamente en la transmisión y recepción de las ondas electromagnéticas. La potencia recibida por la antena se asocia al área colectiva. Esta área colectiva de una antena se conoce como apertura efectiva.

Pr = Pd*A vatios
A=pr/ pd m2

Directividad y ancho de banda: La directividad de una antena se define como la medida de la radiación de potencia concentrada en una dirección determinada. Puede considerarse como la capacidad de una antena para dirigir la potencia radiada en una dirección determinada. También puede señalarse como la relación entre la intensidad de radiación en una dirección determinada y la intensidad de radiación media. El ancho de banda es uno de los parámetros deseados para elegir una antena. Puede definirse como el rango de frecuencias en el que una antena puede irradiar energía y recibirla adecuadamente.

Polarización: Una onda electromagnética lanzada desde una antena puede polarizarse vertical y horizontalmente. Si la onda se polariza en sentido vertical, entonces el vector E es vertical y requiere una antena vertical. Si el vector E está en sentido horizontal, necesita una antena horizontal para lanzarla. A veces se utiliza la polarización circular, que es una combinación de ambas formas, horizontal y vertical.

Longitud efectiva: La longitud efectiva es el parámetro de las antenas que caracteriza la eficacia de éstas en la transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. La longitud efectiva puede definirse tanto para las antenas emisoras como para las receptoras. La relación entre el CEM en la entrada del receptor y la intensidad del campo eléctrico que se produjo en la antena se conoce como longitud efectiva del receptor. La longitud efectiva del transmisor puede definirse como la longitud del espacio libre de un conductor, y la distribución de corriente a lo largo de su longitud genera la misma intensidad de campo en cualquier dirección de radiación.

Longitud efectiva = (Área bajo distribución de corriente no uniforme)/(Área bajo distribución de corriente uniforme)

Diagrama polar: La propiedad más significativa de una antena es su diagrama de radiación o diagrama polar. En el caso de una antena transmisora, se trata de un diagrama que habla de la intensidad del campo de potencia radiado por la antena en varias direcciones angulares, como se muestra en el diagrama siguiente. También se puede obtener un diagrama para los planos vertical y horizontal, por lo que también se denomina diagrama vertical y horizontal, respectivamente.

Diferentes tipos de antenas

Hasta ahora hemos tratado las propiedades de las antenas, y ahora hablaremos de los diferentes tipos de antenas que se utilizan para diferentes aplicaciones.

Antenas lógicas periódicas

• Antenas de pajarita
• Conjunto de dipolos logarítmicos

Antenas de hilo

• Antena dipolo corta
• Antena dipolo
• Antena monopolo
• Antena de bucle

Antenas de ondas viajeras

• Antenas helicoidales
• Antenas Yagi-Uda

Antenas de microondas

• Antenas rectangulares de microstrip
• Antenas planas en F invertida

Antenas reflectoras

• Reflector de esquina
• Reflector parabólico

Antenas logarítmicas

Una antena log-periódica también se denomina conjunto log-periódico. Se trata de una antena direccional de haz estrecho y multielemento que funciona en una amplia gama de frecuencias. Esta antena está formada por una serie de dipolos colocados a lo largo del eje de la antena en diferentes intervalos de tiempo seguidos de una función logarítmica de la frecuencia. Una antena logarítmica se utiliza en una amplia gama de aplicaciones en las que se requiere un ancho de banda variable junto con la ganancia y la directividad de la antena.

Antenas de pajarita

Una antena de pajarita también se conoce como antena bicónica o antena mariposa. La antena bicónica es una antena omnidireccional de banda ancha. Según el tamaño de esta antena, tiene una respuesta de baja frecuencia y actúa como un filtro de paso alto. A medida que la frecuencia se eleva, alejándose de la frecuencia de diseño, el diagrama de radiación de la antena se distorsiona y se extiende.

La mayoría de las antenas de pajarita son derivados de las antenas bicónicas. El disco es un tipo de antena semibicónica. La antena de pajarita es una antena plana y, por tanto, direccional.

Conjunto de dipolos logarítmicos

El tipo de antena más común que se utiliza en la tecnología de las comunicaciones inalámbricas es un conjunto de dipolos logarítmicos que comprende fundamentalmente una serie de elementos dipolares. Estas antenas de matriz dipolar reducen su tamaño desde el extremo posterior hasta el extremo anterior. El haz principal de esta antena de radiofrecuencia procede del extremo delantero más pequeño.

El elemento situado en el extremo posterior del conjunto es de gran tamaño, con una media longitud de onda que opera en una gama de frecuencias bajas. La separación del elemento se reduce hacia el extremo delantero del conjunto, donde se colocan los conjuntos más pequeños. Durante esta operación, al variar la frecuencia, se produce una transición suave a lo largo del conjunto de elementos, lo que lleva a formar una región activa.

Antenas de hilo

Las antenas de hilo también se conocen como antenas lineales o curvas. Estas antenas son muy sencillas, baratas y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Estas antenas se subdividen en cuatro, como se explica a continuación.

Antena dipolo

Una antena dipolo es una de las alineaciones de antena más sencillas. Esta antena dipolo consiste en dos varillas metálicas delgadas con una diferencia de tensión sinusoidal entre ellas. La longitud de las varillas se elige de forma que tengan un cuarto de longitud de onda en las frecuencias operativas. Estas antenas se utilizan para diseñar sus propias antenas u otras. Son muy sencillas de construir y utilizar.

La antena dipolo está formada por dos varillas metálicas por las que fluye la corriente y la frecuencia. Este flujo de corriente y tensión hace una onda electromagnética y las señales de radio se irradian. La antena consta de un elemento radiante que divide las varillas y hace fluir la corriente por el centro mediante un alimentador en el emisor que toma del receptor. Los distintos tipos de antenas dipolo que se utilizan como antenas de radiofrecuencia son las de media onda, las múltiples, las plegadas, las no resonantes, etc.

Antena dipolar corta

Es la más sencilla de todos los tipos de antenas. Esta antena es un cable abierto en el que corto denota "en relación con una longitud de onda", por lo que esta antena da prioridad al tamaño del cable en relación con la longitud de onda de la frecuencia de funcionamiento.

No se tiene en cuenta el tamaño absoluto de la antena dipolo. La antena dipolo corta está formada por dos conductores colineales que se colocan uno al lado del otro, con un pequeño espacio entre los conductores mediante un alimentador. Un dipolo se considera corto si la longitud del elemento radiante es inferior a una décima parte de la longitud de onda.

L<λ/10

La antena dipolo corta está formada por dos conductores colineales que se colocan uno al lado del otro, con un pequeño espacio entre los conductores mediante un alimentador.

La antena dipolo corta no suele ser satisfactoria desde el punto de vista de la eficiencia, porque la mayor parte de la potencia que entra en esta antena se disipa en forma de calor y las pérdidas resistivas también son gradualmente altas.

Antena monopolo

Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo simple situada sobre un plano conectado a tierra, como se muestra en la figura siguiente.

El diagrama de radiación sobre el plano conectado a tierra será el mismo que el de la antena dipolo de media onda, sin embargo, la potencia total radiada es la mitad que la de un dipolo; el campo se irradia sólo en la región del hemisferio superior. La directividad de estas antenas se duplica en comparación con las antenas dipolo.

Las antenas monopolo también se utilizan como antenas montadas en vehículos, ya que proporcionan el plano de tierra necesario para las antenas montadas sobre la tierra.

Antena de bucle

Las antenas de bucle comparten características similares con las antenas dipolo y monopolo porque son sencillas y fáciles de construir. Las antenas de cuadro están disponibles en diferentes formas, como circular, elíptica, rectangular, etc. Las características fundamentales de la antena de cuadro son independientes de su forma. Se utilizan mucho en los enlaces de comunicación con una frecuencia de unos 3 GHz. Estas antenas también pueden utilizarse como sondas de campo electromagnético en las bandas de microondas.

La circunferencia de la antena de bucle determina la eficacia de la antena, que es similar a la de las antenas dipolo y monopolo. Estas antenas se clasifican a su vez en dos tipos: eléctricamente pequeñas y eléctricamente grandes en función de la circunferencia de la espira.

Antena de bucle eléctricamente pequeña---> Circunferencia≤λ⁄10

Antena de bucle eléctricamente grande ---> Circunferencia≈λ

Las antenas de bucle eléctricamente pequeñas de una sola vuelta tienen una resistencia a la radiación pequeña en comparación con su resistencia a las pérdidas. La resistencia a la radiación de las antenas de bucle pequeñas puede mejorarse añadiendo más vueltas. Las espiras de varias vueltas tienen mejor resistencia a la radiación, aunque tengan menos eficiencia.

Por ello, la antena de bucle pequeño se utiliza sobre todo como antena receptora, donde las pérdidas no son obligatorias. Las antenas de bucle pequeñas no se utilizan como antenas de transmisión debido a su baja eficiencia.

Las antenas de bucle resonante son relativamente grandes y están dirigidas por el funcionamiento de la longitud de onda. También se conocen como antenas de bucle grandes, ya que se utilizan en frecuencias más altas, como VHF y UHF, en las que su tamaño es conveniente. Pueden verse como una antena dipolo plegada y deformada en diferentes formas, como esférica, cuadrada, etc., y tienen características similares, como una alta eficiencia de radiación.

Antenas de ondas viajeras

Estas antenas se clasifican en diferentes tipos que se comentan a continuación.

Antenas helicoidales

Las antenas helicoidales también se conocen como antenas de hélice. Tienen estructuras relativamente sencillas con uno, dos o más hilos, cada uno de ellos enrollado para formar una hélice, normalmente respaldados por un plano de tierra o un reflector con forma y alimentados por una línea apropiada. El diseño más común es el de un solo hilo respaldado por la tierra y alimentado con una línea coaxial.

En general, las propiedades de radiación de una antena helicoidal están asociadas a esta especificación: el tamaño eléctrico de la estructura, en la que la impedancia de entrada es más sensible al paso y al tamaño del cable.

Las antenas helicoidales tienen dos modos de radiación predominantes: el modo normal y el modo axial. El modo axial se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. En el modo normal, las dimensiones de la hélice son pequeñas en comparación con su longitud de onda. Esta antena actúa como un dipolo corto o una antena monopolar. En el modo axial, las dimensiones de la hélice son iguales en comparación con su longitud de onda. Esta antena funciona como una antena direccional.

Antena Yagi-Uda

Otra antena que utiliza elementos pasivos es la antena Yagi-Uda. Este tipo de antena es barata y eficaz. Se puede construir con uno o varios elementos reflectores y uno o varios elementos directores.

Las antenas Yagi se pueden fabricar utilizando una antena con un reflector, un elemento activo dipolo plegado accionado y directores, montados para la polarización horizontal en la dirección de avance.

Antenas de microondas

Las antenas que funcionan a frecuencias de microondas se conocen como antenas de microondas. Estas antenas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones.

Antenas rectangulares de microstrip

Para las aplicaciones en naves espaciales o aeronaves, en función de especificaciones como el tamaño, el peso, el coste, el rendimiento, la facilidad de instalación, etc. - se prefieren las antenas de bajo perfil. Estas antenas se conocen como antenas microstrip rectangulares o antenas de parche; sólo requieren espacio para la línea de alimentación, que normalmente se coloca detrás del plano de tierra. La mayor desventaja del uso de estas antenas es su ineficiente y muy estrecho ancho de banda, que suele ser de una fracción de porcentaje o, como mucho, de unos pocos.

Antenas planas en F invertida

Una antena F invertida planar puede considerarse un tipo de antena F invertida lineal (IFA) en la que el elemento radiante de cable se sustituye por una placa para aumentar el ancho de banda. La ventaja de estas antenas es que pueden ocultarse en la carcasa del móvil en comparación con otros tipos de antenas como las de látigo, varilla o helicoidales, etc.

La otra ventaja es que pueden reducir la radiación hacia atrás, hacia la parte superior de la antena, absorbiendo la potencia, lo que aumenta la eficiencia. Proporcionan una alta ganancia tanto en estado horizontal como vertical. Esta característica es muy importante para cualquier tipo de antena utilizada en las comunicaciones inalámbricas.

Antenas reflectoras

Estas antenas se clasifican en dos tipos que se comentan a continuación.

Antena reflectora de esquina

La antena que comprende uno o más elementos dipolares colocados delante de un reflector de esquina, se conoce como antena de reflector de esquina. La directividad de una antena puede aumentarse utilizando reflectores. En el caso de una antena de hilo, se utiliza una lámina conductora detrás de la antena para dirigir la radiación en la dirección delantera.

Antena con reflector parabólico

La superficie radiante de una antena parabólica tiene unas dimensiones muy grandes en comparación con su longitud de onda. La óptica geométrica, que depende de los rayos y los frentes de onda, se utiliza para conocer ciertas características de estas antenas. Algunas propiedades importantes de estas antenas pueden estudiarse mediante la óptica de rayos, y de otras antenas mediante la teoría del campo electromagnético.

Una de las propiedades útiles de esta antena es la conversión de un frente de onda esférico divergente en un frente de onda paralelo que produce un haz estrecho de la antena. Los distintos tipos de alimentadores que utilizan este reflector parabólico son los alimentadores de bocina, los alimentadores cartesianos y los alimentadores dipolares.

Tipos de antenas utilizadas en la comunicación por satélite

En la comunicación por satélite, las antenas desempeñan un papel fundamental. Se fijan a los satélites tanto para transmitir como para recibir señales. En el satélite, las antenas reciben señales de diferentes fuentes en la Tierra. Después, estas señales se procesan a través de un transpondedor y se transmiten de vuelta a la Tierra para su reasignación.

En un sistema de comunicación por satélite, se utilizan diferentes tipos de antenas que se comentan a continuación.

• Antena de bocina
• Antena reflectora parabólica
• Antena reflectora parabólica con alimentación desplazada
• Antena de doble reflector
• Antena reflectora con forma

Antena de bocina

Una antena de bocina también se denomina bocina de microondas e incluye una guía de ondas metálica con forma de abanico y de cuerno para dirigir las señales de radio dentro de un rayo. Las bocinas se utilizan mucho como antenas en frecuencias de microondas y UHF de más de 300 MHz.

Se utilizan como antenas de alimentación para antenas de gran tamaño, como las parabólicas, y como antenas de calibración típicas para calcular la ganancia de otras antenas y antenas directivas, como los cañones de radar, los abrepuertas automáticos y los radiómetros de microondas. Las principales ventajas de estas antenas son su baja ROE (relación de ondas estacionarias), su moderada directividad, su amplio ancho de banda y su fácil construcción y ajuste

Antena reflectora parabólica

La antena de reflector parabólico también se llama antena parabólica. Este tipo de antena se utiliza en la recepción doméstica de TV por satélite, en las comunicaciones generales por satélite, en los enlaces de datos por microondas terrestres, etc. Esta antena se identifica por su forma individual, su alta ganancia y sus estrechos anchos de haz.

La principal ventaja de esta antena es que incluye una alta directividad. Funciona como un reflector de linterna o reflector para expresar las señales de radio dentro de un rayo estrecho, ya que de lo contrario sólo recibe señales de radio de una ruta específica.

Este tipo de antenas se utilizan principalmente como antenas de alta ganancia en las comunicaciones punto a punto, en los enlaces de retransmisión de microondas que mantienen las señales de TV y teléfono entre ciudades cercanas, enlaces LAN/WAN para comunicaciones de datos, satélites, naves espaciales y radiotelescopios.

Antena Reflectora Parabólica con Alimentación Desplazada

Una antena parabólica con alimentación desplazada o fuera del eje es un tipo de antena parabólica porque su alimentación puede estar desplazada hacia el lado del reflector, al contrario que la antena parabólica ordinaria con alimentación frontal, en la que la antena de alimentación puede estar suspendida por delante del plato. En una antena parabólica de alimentación frontal, la alimentación puede disponerse en la posición central del reflector; sin embargo, el reflector es una sección asimétrica de un paraboloide, por lo que el foco se dispone hacia un lado. Es posible utilizar diferentes disposiciones de alimentación cuando se utiliza este tipo de antena.

Las distintas disposiciones de alimentación ofrecen una gran flexibilidad y permiten que distintas aplicaciones aprovechen al máximo la utilización de la antena. El elemento real de la antena del reflector parabólico general como el dispositivo que conecta la línea de transmisión con la energía de RF hacia el espacio libre puede ser el elemento de alimentación de esta antena. La superficie del reflector es completamente pasiva.

Antena de doble reflector

Al utilizar este tipo de antenas, el alimentador que conecta la bocina de alimentación hacia el equipo de transmisión o recepción debe disponerse a menor distancia para reducir las pérdidas.

Antena reflectora con forma

En las comunicaciones móviles, esta antena reflectora con forma se utiliza como antena de estación base exterior. En esta antena, la arquitectura sencilla puede disminuir el coste de implementación y la dificultad de una antena de estación base. Así, el objetivo principal de esta antena es asemejarse a las características de radiación necesarias de las antenas de estación base habituales, que utilizan antenas con un grupo en fase de una columna para emitir prototipos de rayos direccionales para la exposición de radio dentro de la planificación de la célula, aunque mejorando la desventaja existente de que los rayos son excesivamente grandes en la parte superior en sectores contiguos.

También rechaza la formación de circuitos de rayos para las antenas habituales de las estaciones base para disminuir el alcance de la intermediación pasiva. Este tipo de antena reflectora puede alimentarse a través de la antena elemental de la estación base convencional, por lo que está dotada de funcionalidades de inclinación del haz y radiación con polarización dual para completar las necesidades de modificación de la célula sectorizada adaptativa.

Tipos de antenas utilizadas en las comunicaciones móviles

Hay dos tipos de antenas que se utilizan en las comunicaciones móviles, como las rectangulares y las celulares. Estas antenas proporcionan diferentes servicios, como el tipo rectangular que sirve a las regiones cercanas, mientras que el tipo circular se utiliza para las comunicaciones de las BTS intermedias.

Antenas rectangulares

Las antenas de tipo rectangular son direccionales y se utilizan para proporcionar la región exterior en los alrededores de la torre de telefonía móvil. Este tipo de antenas se conectan principalmente a la BTS mediante cables coaxiales que se utilizan para transmitir o recibir datos de los teléfonos móviles cercanos. Por lo general, estas antenas soportan todo el espectro de RF que se utiliza en diferentes servicios de red como los servicios 2G o 3G, o 4G.

Antenas circulares

Las antenas de tipo circular se utilizan principalmente para la comunicación entre diferentes BTS. Estos tipos de antenas funcionan en frecuencias de microondas e incluyen la transmisión o recepción punto a punto. La conexión de estas antenas puede realizarse a través de guías de onda que terminarán en la BTS y desde allí se pueden transmitir los datos a las zonas cercanas mediante Unidades de Antena Exterior o IBS.

Patrones de radiación de diferentes tipos de antenas

La energía emitida a través de una antena puede representarse mediante el diagrama de radiación de la antena. Se trata de representaciones diagramáticas de la distribución de la energía radiada en el espacio como una función de la dirección. En el diagrama del patrón de radiación de la antena, la energía que se irradia puede significarse a través de los patrones ilustrados de forma específica. En él, las flechas significan las direcciones de radiación. Estos patrones son patrones de potencia o de campo

Los patrones de potencia se diseñan como una función para la magnitud de los distintos campos. Se diseñan de forma logarítmica o, de lo contrario, normalmente en una escala de dB. Los diseños de las diferentes antenas generan patrones de radiación disímiles y su complejidad depende principalmente del diseño de una antena.
El diseño de los patrones de campo puede hacerse como una función de diferentes campos. Se diseñan sobre una escala logarítmica.

Los patrones de radiación están disponibles en diferentes tipos como los siguientes.

• Patrón omnidireccional o no direccional
• Haz de lápiz
• Haz de abanico
• Viga en forma de abanico

Se trata de una visión general de los tipos de antena y sus aplicaciones en las comunicaciones inalámbricas y el uso de las antenas en la transmisión y recepción de datos. Para cualquier ayuda relacionada con este artículo, ponte en contacto con nosotros comentando en la sección de comentarios de abajo.

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