Las antenas son dispositivos destinados a la captura o emisión de ondas electromagnéticas, es decir, ondas de radio. También podemos considerar ondas la radiación infrarroja y la luz, existiendo nano-antenas para su emisión y captación, dado la pequeña longitud de onda.
En la función receptora las antenas deben interceptar las ondas electromagnéticas de la mejor manera posible de modo que haya la inducción de corrientes de frecuencias correspondientes, que serán llevadas al receptor, para amplificación y procesamiento, conforme muestra la figura 1.
En la función transmisora, las antenas son recorridas por corrientes de altas frecuencias generadas por un circuito transmisor, para irradiar de la mejor manera posible toda la energía en forma de ondas electromagnéticas (figura 2).
Tenemos entonces dos tipos de antenas:
Antenas receptoras
Antenas transmisoras
En la mayoría de los casos, la antena utilizada en la emisión o transmisión de un determinado tipo de señal electromagnética también sirve para la recepción del mismo tipo de señal.
El tipo más simple de antena consiste en un pedazo de hilo conductor estirado en posición vertical u horizontal, el cual puede interceptar las ondas electromagnéticas provenientes de una estación alejada. Las ondas electromagnéticas inducen en el conductor corrientes de altas frecuencias, las cuales son llevadas al aparato receptor por un cable o cable conductor apropiado.
En el caso de las emisiones de radiodifusión (AM y FM) las corrientes de altas frecuencias se modulan en amplitud o frecuencia, debiendo pasar por un proceso de amplificación y después detectar cuando se extrae la señal de baja frecuencia (audio) que, altavoz, produce sonido.
En la figura 3 tenemos este tipo de antena simple en tres versiones. La segunda es formada por un conductor posicionado verticalmente y, finalmente, la tercera es muy usada en radios portátiles, correspondiendo al tipo vertical en montaje telescópico.
Al contrario de lo que se piensa, la eficiencia de una antena no depende solamente de su tamaño, lo que significa que es erróneo el concepto de que, cuanto mayor sea la antena, mejor es.
Esto es válido hasta cierto valor de sus dimensiones, el cual está directamente relacionado con la frecuencia de la señal que deseamos emitir o recibir.
Para el caso de la recepción de ondas medias, por ejemplo (530 a 1600 kHz), en que las longitudes de onda son relativamente grandes, una antena larga puede ser importante en la recepción, pero esto no ocurre con ondas cortas, VHF y principalmente UHF y principalmente UHF y principalmente UHF y, SHF.
Las dimensiones de una antena, su posición y su forma, además del número de elementos que ella posea van a determinar su comportamiento en la transmisión y recepción de las señales.
Es por ello que, en el caso de la recepción de la mayoría de las señales (VHF, UHF, etc.) las antenas mejores no son simples hilos conductores, sino conjuntos de hilos o varillas que no sólo deben tener longitudes rigurosamente calculadas según la frecuencia de las señales polarización, patrón de irradiación de las señales que deben ser captadas o emitidas, como también poseen posiciones correctas para ser instaladas.
En los casos en que las antenas se utilizan en las transmisiones de señales, es muy importante su tipo pues, según sea su elección, se puede obtener una irradiación de las señales en todas las direcciones, o concentrarlas en una dirección.
Si se trata de una estación de radiodifusión en la que muchos receptores se extienden en un área alrededor de la antena emisora, será importante el primer patrón de irradiación, mientras que si la antena se utiliza para emitir señales a una estación receptora en la que la mayor parte la energía debe seguir en su dirección, el segundo estándar es el más conveniente, como muestra la figura 4.
Debemos observar los siguientes factores que influyen en el funcionamiento de una antena y también determinan las características:
a) Impedancia: las antenas presentan una cierta impedancia, o sea, se comportan como una "resistencia" que es función de su tipo de construcción. Esta característica es importante porque determina la transferencia de la señal de la antena al receptor o del transmisor a la antena, de modo que sea máxima. En el caso de los transmisores, en particular, es muy importante que la impedancia del transmisor se case con la impedancia de la antena, para que toda la energía producida sea irradiada, como muestra la figura 5.
b) Ganancia: esta característica indica la eficiencia de la antena en la irradiación de la señal en determinadas direcciones. Para la antena receptora todavía indica la sensibilidad en la recepción. Se observa que la ganancia de una antena depende de la frecuencia y también de su directividad, que se explica a continuación.
c) Directividad: esta característica indica en qué dirección la mayor parte de la energía es irradiada (si es una antena transmisora) o la dirección de donde las señales deben venir para mayor sensibilidad, como se muestra la figura 6.
El comportamiento de la antena en relación a su directividad es expresado a través de gráficos, como muestra la figura 7. Tenemos en estos gráficos las ganancias obtenidas para la antena conforme a la dirección considerada. Las ganancias se expresan en decibeles (dB).
d) Polarización: según la posición relativa de los elementos de una antena, puede interceptar las ondas según diferentes ángulos de polarización. Tenemos entonces las antenas que están destinadas a interceptar ondas polarizadas verticalmente y antenas para ondas polarizadas horizontalmente.
En la figura 8 mostramos el significado del término "polarización" para las ondas electromagnéticas.
En el primer caso, en el que la onda se polariza verticalmente, las oscilaciones ocurren de tal manera que el campo magnético manifiesta variaciones en el sentido vertical en relación al desplazamiento de la onda, y en el segundo caso, en que la polarización es horizontal, las variaciones del campo se producen en el sentido horizontal, en relación al desplazamiento de la onda.
La polarización de la señal electromagnética, que es dada por la posición de la antena transmisora, determina también la posición de la antena receptora.
En la figura 9 tenemos un ejemplo de posiciones diferentes de las antenas que el rendimiento en la transmisión de señal de un equipo a otro sea eficiente.
En el caso de las señales de TV terrestre, como su polarización es horizontal, las varillas de las antenas usadas en la recepción de esas señales deben también permanecer en posición horizontal, como muestra la figura 10.
La longitud de los elementos de antena, así como su separación son función de la longitud de onda de la señal que debe ser recibida o transmitida.
Representando por ? (lambda) la longitud de onda de la señal que debe ser recibida o transmitida por V, la velocidad de la luz al vacío. Que es de aproximadamente 300 000 km / s y por f la frecuencia de la señal en hertz (Hz), podemos establecer la siguiente fórmula:
v = λ x f
Para calcular la longitud de onda podemos utilizar la fórmula derivada de la anterior:
λ = v / f
Al instalar una antena de cualquier tipo debemos tener los siguientes cuidados:
a) aislamiento perfecto de los elementos de la antena y de su cable de conexión de cualquier objeto conductor adyacente
b) Posicionamiento ideal en relación con la fuente de señal a recibir oa la dirección a la que deben enviarse las señales
c) Polarización
d) alejamiento de fuentes de interferencia o obstáculos que puedan afectar a la transmisión o recepción
e) Elevación apropiada según la aplicación