Las antenas son un tipo muy particular de circuitos cuya misión más importante es generar ondas de radiación con alto rendimiento. Además tienen, en muchos casos, la posibilidad de dirigir esa radiación en una dirección o direcciones preferentes.
CAMPOS DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA
Si partimos de la idea de que todo elemento de corriente variable en el tiempo genera una onda radiada, cualquier circuito eléctrico produce una radiación electromagnética. Normalmente, en circuitos electrónicos de informática, control o comunicaciones, esa radiación es muy pequeña. Las antenas son circuitos diseñados para conseguir una fuerte radiación, de forma que la mayor parte de la potencia de entrada se traduce en una onda radiada. Para determinar la forma en que radia una antena debemos sumar todas las contribuciones de todos los elementos de corriente que forman la antena.
Una magnitud de gran importancia en antenas es la densidad de potencia que la antena produce en un punto dado del espacio. La densidad de potencia corresponde al módulo del vector de Poynting, que en condiciones de campo lejano apunta siempre en la dirección del radio (r).
Si aplicamos a una antena los principios de reciprocidad, el comportamiento de la antena en recepción está definido por su comportamiento en transmisión.
En una antena dada, la tensión inducida en sus bornes de salida en circuito abierto será proporcional al campo eléctrico que llega a la antena. En este sentido la antena se comporta como un generador cuya impedancia interna es la misma que tiene la antena en transmisión. La tensión inducida en la antena depende de la dirección de llegada de la señal y de su polarización, de forma que se puede establecer un diagrama de recepción que será el mismo que el de transmisión. En cuanto a la polarización, la condición de máxima tensión se obtiene para el casoen que la polarización del campo recibido sea la misma que la que produce la antena en transmisión.
Las pérdidas de propagación en espacio libre representan el proceso de expansión de la onda esférica, de forma que la densidad superficial de potencia disminuye conforme aumenta la superficie esférica en la que se expande. La dependencia con la frecuencia de este factor hace pensar en mayores pérdidas para frecuencias más altas. Esta tendencia se compensa con la ganancia de las antenas. En frecuencias altas la ganancia de una antena puede ser mucho mayor que en frecuencias bajas, siendo aproximadamente proporcional al cuadrado de la frecuencia a igualdad de dimensiones geométricas. Esta proporción compensa con creces el factor de pérdidas por espacio libre. Las pérdidas de polarización y
de desadaptación suponen siempre una reducción en la potencia máxima de recepción.
Medida De Ganancia Por Comparación Con Una Antena Calibrada
Cualquier antena puede calibrarse para hacer una medida de ganancia, aunque lo más normal es disponer de antenas de banda ancha con polarización lineal como antenas calibradas para la medida de ganancia. Las más habituales son las antenas logo-periódicas de dipolos en las frecuencias más bajas (hasta 1 o 2 GHz) y las antenas de bocina alimentadas con guía de onda en las frecuencias más altas.
El proceso de medida consiste en calibrar el campo con la antena conocida en la misma posición que utilizaremos para la antena a medir. De acuerdo con la ecuación de transmisión (2.24), la potencia medida
(Pcal) es directamente proporcional a la ganancia de la antena. Sustituyendo la antena patrón por la antena a medir, se obtiene una nueva medida de potencia
(Pmed), que será proporcional a la ganancia de la antena con la misma constante de proporcionalidad. Si las condiciones de medida no han variado, la relación entre las potencias medidas nos da la variación de la ganancia entre ambas antenas.
La polarización de ambas antenas debe ser la misma y normalmente con una buena adaptación entre las antenas patrón y sonda y entre la antena a medir y la sonda. De la Ecuación (2.24) se aprecia que cualquier discrepancia entre los factores de pérdidas por polarización de las antenas supone un error directo en la medida de ganancia.
La distancia entre antenas debe ser la misma en ambos casos y estar en la zona de campo de radiación. En general es fácil asegurar que los errores por distancia son pequeños. Es más frecuente cometer errores por situarnos demasiado cerca, en una zona en que no se cumple la condición de campo lejano (2.32) para la antena patrón o para la antena a medir.
Debe hacerse una medida de las pérdidas por desadaptación de impedancias de la antena a medir y de la antena patrón. Lo normal es que la antena patrón esté bien adaptada y tenga muy bajas pérdidas por esta causa, pero la antena a medir puede tener unas pérdidas importantes que además dependan mucho de la frecuencia.
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