Una antena eléctricamente pequeña o eléctricamente corta es una antena mucho más corta que la longitud de onda de la señal que está destinada a transmitir o recibir. Las antenas eléctricamente cortas son generalmente menos eficientes y más difíciles de diseñar que las antenas más largas, como las antenas de cuarto y media onda , pero son comunes debido a su tamaño compacto y bajo costo.
Definición
Técnicamente, una antena eléctricamente corta tiene una longitud de 2 h, de modo que , donde λ es la longitud de onda del espacio libre . [1] [2] [3]
El patrón de radiación de campo lejano de una antena es la suma de sus modos esféricos de campo cercano , expresados mediante funciones de Legendre y funciones esféricas de Bessel . En su forma más simple, es un patrón de radiación omnidireccional sin variación en el plano azimutal. Cuando la antena se vuelve eléctricamente pequeña, los modos de propagación se reemplazan por modos evanescentes con factor Q alto , donde
- , [4]
En resumen, el ancho de banda máximo de una antena eléctricamente pequeña está regulado por su dimensión máxima encerrada dentro de una esfera de radio. .
Las dificultades de diseñar una antena eléctricamente pequeña incluyen:
- coincidencia de impedancia,
- Pérdida de inserción debido a una alta densidad de corriente que fluye sobre un conductor no perfecto, lo que da como resultado un calentamiento en julios , y
- una pequeña apertura de radiación con baja eficiencia de radiación.
Historia
Harold A. Wheeler publicó por primera vez "Las limitaciones fundamentales de las antenas pequeñas" (1947). La limitación teórica de una antena eléctricamente pequeña y su ancho de banda fue investigada por primera vez por LJ Chu [5] en 1948.
Ejemplos de
Las antenas casi eléctricamente pequeñas incluyen la antena Goubau, la antena [6] Foltz [7] y la antena cónica Rogers. [8]
El nuevo tipo principal de antenas eléctricamente pequeñas son las antenas nanomecánicas magnetoeléctricas (ME). [9] Las antenas ME tienen tamaños tan pequeños como una milésima parte de una longitud de onda. [9] Por ejemplo, la longitud y el ancho del cuerpo resonante activo FeGaB / AlN de esta antena para 60,7 MHz de ondas electromagnéticas son 200 y 50 μm, respectivamente. [9]
Limitaciones fundamentales de las antenas
Las antenas eléctricamente pequeñas pertenecen a una de las cuatro limitaciones fundamentales [ aclaración necesaria ] de las antenas [10] abordadas por RC Hansen. [11] Las cuatro limitaciones fundamentales de las antenas son antenas eléctricamente pequeñas, antenas superdirectivas, antenas de superresolución y antenas de alta ganancia.
Medición
La medición pasiva de una antena eléctricamente pequeña requiere que se agregue un estrangulador de RF de un cuarto de longitud de onda o un cordón de ferrita al extremo del cable coaxial de alimentación para limitar o evitar que la corriente fluya hacia la superficie del cable. La corriente que fluye por el exterior del cable de alimentación aumenta el tamaño eléctrico y la apertura de radiación de la antena, dando como resultado un resultado de medición erróneo. Los estranguladores de un cuarto de longitud de onda son de banda estrecha y las perlas de ferrita tienen pérdidas a una frecuencia superior a 1 GHz. Estas técnicas no están exentas de problemas; la técnica de estrangulamiento de un cuarto de longitud de onda permite que las corrientes viajen hasta 0,25 longitudes de onda desde la antena y aumenta el tamaño efectivo, mientras que la técnica de estrangulamiento con pérdidas (por ejemplo, perlas de ferrita) introduce pérdidas que deben tenerse en cuenta.
Ver también
- Longitud eléctrica : el concepto de longitud eléctrica de un conductor, en particular, para líneas de transmisión y antenas .
Referencias
- ^ Kraus, John D. (1950). Antenas . McGraw-Hill. Capítulo 3, La antena como apertura, págs. 49.
- ^ HA Wheeler (1947). "Limitaciones fundamentales de las pequeñas antenas". Actas de la IRE . 35 (12): 1479-1484. doi : 10.1109 / JRPROC.1947.226199 .
- ^ HA Wheeler, "La radianesfera alrededor de una pequeña antena", Actas de la IRE, vol. 47, págs. 1325-1331, 1959.
- ^ Slyusar VI 60 años de teoría de antenas eléctricamente pequeñas .// Procedimientos de la 6ª Conferencia Internacional sobre Teoría y Técnicas de Antenas, 17-21 de septiembre de 2007, Sebastopol, Ucrania. - Pp. 116 - 118. [1]
- ^ LJ Chu, "Limitaciones físicas de las antenas omnidireccionales", J. Appl. Phys., Vol. 9, págs. 1163-1175, 1948.
- ^ G. Goubau, "Antenas monopolares de elementos múltiples", Proc. Taller sobre antenas eléctricamente pequeñas, ECOM, Ft. Monmouth, Nueva Jersey, págs. 63-67, mayo de 1976.
- ^ H. Foltz, J. McLean, G. Crook, "Monopolos cargados en disco con elementos de tira paralelos", Transacciones IEEE sobre antenas y propagación, vol. 46, no 12, diciembre de 1998, págs. 1894-1896.
- ^ JA Dobbins y RL Rogers, "Antena de hélice cónica plegada", IEEE Trans. Propagación de antenas, vol. 49, núm. 12, págs. 1777-1781, diciembre de 2001.
- ^ a b c Tianxiang Nan, Hwaider Lin, Yuan Gao, Alexei Matyushov, Guoliang Yu, Huaihao Chen, Neville Sun, Shengjun Wei, Zhiguang Wang, Menghui Li, Xinjun Wang, Amine Belkessam, Rongdi Guo, Brian Chen, James Zhou, Zhenyun Qian, Yu Hui, Matteo Rinaldi, Michael E. McConney, Brandon M. Howe, Zhongqiang Hu, John G. Jones, Gail J. Brown y Nian Xiang Sun, "Antenas magnetoeléctricas NEMS ultracompactas accionadas acústicamente", Nature Communications, 8 , 296, págs. 1 - 8, 22 de agosto de 2017. [2]
- ^ RC Hansen. Limitaciones fundamentales en antenas. Proceedings of the IEEE, 69 (2): 170-182, febrero de 1981.
- ^ http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Robert_C._Hansen