Antena (radio)

En ingeniería de radio , una antena o antena es la interfaz entre las ondas de radio que se propagan por el espacio y las corrientes eléctricas que se mueven en conductores metálicos, que se utilizan con un transmisor o receptor . [1] En la transmisión , un transmisor de radio suministra corriente eléctrica a los terminales de la antena, y la antena irradia la energía de la corriente en forma de ondas electromagnéticas (ondas de radio). En recepción , una antena intercepta parte de la potencia de una onda de radio para producir una corriente eléctrica en sus terminales, que se aplica a un receptor para ser amplificada .. Las antenas son componentes esenciales de todos los equipos de radio . [2]

Una antena es un conjunto de conductores ( elementos ), conectados eléctricamente al receptor o transmisor. Las antenas pueden diseñarse para transmitir y recibir ondas de radio en todas las direcciones horizontales por igual ( antenas omnidireccionales ), o preferentemente en una dirección particular ( antenas direccionales , de alta ganancia o de “haz”). Una antena puede incluir componentes no conectados al transmisor, reflectores parabólicos , bocinas o elementos parásitos , que sirven para dirigir las ondas de radio en un haz u otro patrón de radiación deseado.. Una fuerte directividad y una buena eficiencia al transmitir son difíciles de lograr con antenas con dimensiones que son mucho más pequeñas que la mitad de la longitud de onda .

Las primeras antenas fueron construidas en 1888 por el físico alemán Heinrich Hertz en sus experimentos pioneros para probar la existencia de ondas predichas por la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell . Hertz colocó antenas dipolo en el punto focal de los reflectores parabólicos tanto para transmitir como para recibir. [3] A partir de 1895, Guglielmo Marconi comenzó el desarrollo de antenas prácticas para la telegrafía inalámbrica de larga distancia, por lo que recibió un Premio Nobel. [4]

Las palabras antena y antena se usan indistintamente. Ocasionalmente, el término equivalente "aéreo" se usa para referirse específicamente a una antena de cable horizontal elevada. El origen de la palabra antena en relación con los aparatos inalámbricos se atribuye al pionero de la radio italiana Guglielmo Marconi . En el verano de 1895, Marconi comenzó a probar su sistema inalámbrico al aire libre en la finca de su padre cerca de Bolonia y pronto comenzó a experimentar con "antenas" de alambre largo suspendidas de un poste. [4] En italiano , el poste de una tienda de campaña se conoce como l'antenna centrale , y el poste con el cable se llamaba simplemente l'antenna.. Hasta entonces, los elementos de transmisión y recepción de radiación inalámbrica se conocían simplemente como "terminales". Debido a su prominencia, el uso de Marconi de la palabra antena se difundió entre los investigadores y entusiastas inalámbricos, y más tarde entre el público en general. [5] [6] [7]

Antena puede referirse en términos generales a un conjunto completo, incluida la estructura de soporte, el recinto (si lo hay), etc., además de los componentes funcionales reales. Una antena receptora puede incluir no solo los elementos receptores metálicos pasivos, sino también un preamplificador o mezclador integrado , especialmente en frecuencias de microondas y superiores.

Cualquier receptor o transmisor de radio requiere antenas para acoplar su conexión eléctrica al campo electromagnético. [9] Las ondas de radio son ondas electromagnéticas que transmiten señales a través del aire (o del espacio) a la velocidad de la luz casi sin pérdida de transmisión .

Animación de una antena dipolo de media onda que irradia ondas de radio y muestra las líneas del campo eléctrico. La antena en el centro son dos varillas metálicas verticales conectadas a un transmisor de radio (no se muestra). El transmisor aplica una corriente eléctrica alterna a las varillas, que las carga alternativamente positiva (+) y negativa (-). Bucles de campo eléctrico salen de la antena y se alejan a la velocidad de la luz ; estas son las ondas de radio. En esta animación la acción se muestra enormemente ralentizada.
Símbolo electrónico de una antena
Antenas del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array . [8]
La antena de látigo de un automóvil , un ejemplo común de una antena omnidireccional.
Antena dipolo de media onda
Diagrama de los campos eléctricos ( azul ) y campos magnéticos ( rojo ) radiados por una antena dipolo ( barras negras ) durante la transmisión.
Antenas de estación base de telefonía celular
Ondas estacionarias en un dipolo de media onda conducido a su frecuencia resonante . Las ondas se muestran gráficamente mediante barras de color ( roja para voltaje, V y azul para corriente, I ) cuyo ancho es proporcional a la amplitud de la cantidad en ese punto de la antena.
Antena CB móvil típica cargada en el centro con bobina de carga
La televisión de techo Yagi-Uda y las antenas de conjunto log-periódico ("espina de pescado") como esta pila se utilizan ampliamente en frecuencias VHF y UHF .
Gráficos polares de las secciones transversales horizontales de una antena Yagi-Uda (virtual). El esquema conecta puntos con una potencia de campo de 3 dB en comparación con un emisor ISO.
La onda reflejada por la tierra puede considerarse como emitida por la antena imagen.
Las corrientes en una antena aparecen como una imagen en fase opuesta cuando se reflejan en ángulos rasantes. Esto provoca una inversión de fase para las ondas emitidas por una antena con polarización horizontal (centro) pero no para una antena con polarización vertical (izquierda).
Patrones de radiación de las antenas y sus imágenes reflejadas por el suelo. A la izquierda, la polarización es vertical y siempre hay un máximo para . Si la polarización es horizontal como a la derecha, siempre hay un cero para .