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Fundamentos de Antenas – Propagación –
FUNDAMENTOS DE ANTENAS – PROPAGACION – La forma y tamaño de una antena están dados en función de su propósito.
Para cualquiera que sea su forma física, está diseñada para transmitir y recibir ondas electromagnéticas.
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Fundamentos de Antenas – Propagación –
Vamos a considerar primero una antena hipotética: la fuente puntual. De tales fuentes, la energía es radiada hacia fuera en todas las direcciones. Vamos a examinar este proceso más de cerca. La energía radiada puede ser representada empleando una onda progresiva (onda viajera) de esta forma.
La forma de onda normalmente sigue la curva de la señal.
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Consideraremos un ciclo completo de la onda. Está definido como un destello/parpadeo de onda. Correlacionamos la onda destellante de la radiación, con la antena que la produce.
Una antena que da cabida a medio destello de onda es un dipolo simple.
Si alimentamos esta antena con señal alterna, se configurará un flujo de electrones dentro de ella.
El flujo de electrones produce primero una concentración máxima en esta dirección.
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…Se invierte…Y produce un máximo en la dirección opuesta.
…El flujo se invierte….Luego un máximo…
Este ciclo se repite así mismo, a la frecuencia de la señal. Este flujo de electrones crea un campo magnético fluctuante. La dirección de este campo está relacionada al flujo de electrones.
A medida que el flujo de electrones se invierte el campo magnético se hace máximo y las líneas de fuerza se encuentran en esta dirección.
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Cuando el flujo se detiene las líneas de fuerza colapsan.
A medida que el flujo se invierte de nuevo, el campo alcanza un máximo.
Las líneas de fuerza están en la dirección opuesta.
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El campo magnético invierte su dirección cada medio ciclo de la frecuencia de la señal.
Esto se conoce como el campo H.
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La fuerza de este campo es proporcional a la amplitud de la onda estacionaria de corriente.
Esta onda estacionaria de corriente está 90° desfasada respecto a la onda estacionaria de voltaje.
En estas instancias la antena tiene un voltaje positivo en este extremo.
Y un voltaje negativo en este extremo.
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Cuando el voltaje se acumula en la dirección opuesta la polaridad se invierte.
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Esta polaridad cambiante produce un campo eléctrico en la cara interior.
Cuando el voltaje está en esta polaridad el campo está en esta dirección.
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Cuando la polaridad se invierte el campo genera (construye) un máximo en la dirección opuesta.
Esto se conoce como el campo E. El campo E y el campo H colapsan cuando están 90° desfasados el uno del otro y constituyen el campo inmediato de la antena.
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Este campo inmediato produce el patrón de radiación de onda. Desde la antena podemos visualizar la radiación como lapos (latigazos) propagándose hacia el exterior.
Las líneas verticales son el componente H y las líneas horizontales el componente E.
Nótese que las líneas son perpendiculares entre sí, esto es, están en cuadratura en el espacio.
Vectorialmente, estas líneas representan picos de las ondas radiantes.
Nótese que la dirección se invierte al siguiente ciclo.
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Siempre que el pico de estas dos ondas ocurra simultáneamente, ellas llegan en fase (en el tiempo). Por tanto, las ondas progresivas (ondas viajeras) se establecen para estar en fase en el tiempo y en cuadratura en el espacio. La polaridad de la antena está determinada por el plano del campo E.
Para obtener la máxima señal, todas las antenas de transmisión y recepción han sido planeadas en el campo E.
La dirección en la cual los patrones de onda E y H se propagan está determinada por una regla simple.
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Para aplicar esta regla, usamos dos vectores. Imagine la acción giratoria de un tornillo, si se pasa del vector E al vector H a través de la distancia más corta, el tornillo avanza en la dirección de propagación. Esto se conoce como la regla del vector de Poynting.
En el siguiente ciclo el vector E y H se invierten.
Aplicando nuevamente la regla de Poynting, vemos que la dirección de propagación no cambia.
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Permitiéndonos considerar sólo vectores fijos, cualquier par de vectores tiene la misma dirección de propagación. Pero no se ha considerado lo que sucede cuando las ondas golpean una superficie reflectante... Tendremos en cuenta un solo par de vectores. Al igual que antes, la regla de Poynting da la dirección de propagación… Cuando la onda alcanza la superficie reflectante, el campo E se invierte, pero la dirección del campo H no cambia.
Por la regla de Poynting la dirección del vector es por lo tanto invertida.
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El mismo proceso ocurre para cada par sucesivo de vectores. La dirección de propagación se invierte cuando las ondas golpean una superficie plana.
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Veamos ahora como se registra la intensidad de la energía radiada desde la antena. Primero, muestreamos la intensidad de la señal en varios puntos.
Tal registro es geográfico y podemos unir los puntos de igual intensidad, para obtener líneas de contorno (curvas de nivel).
A menudo, es más útil conocer la forma del campo radiado por la antena.
Para lograr esto, obtenemos la intensidad de campo, ajustado a un radio fijo desde la antena.
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Ahora usamos una representación vectorial, para dar a cada anillo, magnitud y dirección. Para representar esto usamos círculos de escala.
A lo largo de esta línea la intensidad de campo del radio seleccionado es tres.
Así que cortamos la línea del círculo que representa el nivel de intensidad tres.
A lo largo de esta línea la intensidad de campo del radio seleccionado es cuatro.
Así que se corta al círculo de nivel de intensidad cuatro.
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Al continuar el trazado de esta manera se obtienen una serie de vectores.
Estos vectores representan la intensidad y la dirección del campo.
Uniendo las puntas de los vectores se obtiene el diagrama polar de la antena.
El diagrama polar completo es tridimensional y nos permite visualizar las características de radiación de una antena.
Vamos a revisar ahora los elementos básicos de la propagación de una antena. Un dipolo de media onda excitado por una señal tendrá un flujo de electrones establecido dentro de él. Este movimiento de electrones crea dos campos. Estos campos que se crean y colapsan en cuadratura de tiempo y espacio forman el campo inmediato de la antena. Este campo inmediato produce el patrón de radiación de ondas. Podemos representar esta radiación por vectores. Asociado con estos vectores está el patrón de ondas progresivas (ondas viajeras). Las ondas progresivas (ondas viajeras) están en fase en el tiempo y cuadratura en el espacio. Las características fundamentales de estas ondas progresivas (ondas viajeras) y los medios por los que se producen, son las mismas para cualquier sistema de antenas.
