Antenas y Propagación de Ondas Electromagnéticas

Relación entre Frecuencia y Longitud de Onda

Existe una relación fundamental entre la frecuencia (f) y la longitud de onda (λ) de una señal de radio: a mayor longitud de onda o menor frecuencia, aumenta la longitud del elipsoide de Fresnel.

Definiciones Importantes

Densidad de Potencia

La densidad de potencia se define como la velocidad a la cual una cantidad de energía atraviesa un área del espacio.

Impedancia Característica del Vacío

La impedancia característica del vacío relaciona las intensidades del campo eléctrico (E) y magnético (H) (E/H) y se mide en ohmios.

Formas de Propagación

Guiada: Guía de ondas, líneas de transmisión.
Radiada: Antenas.

Misiones de la Antena en Transmisión (TX) y Recepción (RX)

TX: Radiar la potencia que se le suministra con las características de direccionabilidad adecuadas a su sistema de trabajo.
RX: Captar en algún punto del espacio una onda electromagnética previamente radiada, absorber la energía de esa onda y entregarla al receptor.

Frecuencia de Resonancia de Antena

La frecuencia de resonancia de una antena es aquella en la que se produce la máxima transferencia de energía entre la línea de transmisión (TX) y la propia antena.

Impedancia Característica de Antena

La impedancia característica de una antena se refiere a la oposición que realiza la antena a la señal aplicada.

ROE (Relación de Onda Estacionaria)

La ROE es la parte de la señal aplicada a la antena que no es transferida por esta, sino que se devuelve al emisor.

Ancho de Banda (AB) de una Antena

El ancho de banda de una antena es el margen de frecuencias donde los parámetros de la antena permiten operar satisfactoriamente.

Adaptación de Antenas

Es crucial adaptar las antenas a las estaciones de radio para que se produzca la máxima transferencia de potencia.

Área Eficaz de una Antena

El área eficaz o superficie equivalente de una antena se define como la relación entre la potencia que entrega la antena a su carga y la densidad de potencia de la onda incidente.

Factores que Afectan la Propagación

Elementos en la Tierra

Superficie terrestre: Reflexión de la onda espacial, difracción por obstáculos, esfericidad terrestre (onda de superficie por inducción).
Troposfera: Atenuación, refracción, difusión.
Ionosfera: Reflexión, atenuación, refracción.

Formación de la Onda Espacial

La onda espacial se compone de la onda directa y la onda reflejada.

Propagación NVIS

La propagación NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) busca lograr un enlace por reflexión ionosférica vertical para distancias cortas.

Comparación entre Antenas Cassegrain y Offset

Antena Cassegrain

De doble reflexión.
Rendimiento de hasta el 70%.

Antena Offset

De foco desplazado.
Muy utilizada como antena receptora.
Elevada ganancia.

Propagación de Energía

La propagación se refiere a la transferencia de energía sin transporte de materia.

Antenas para Ondas de Superficie

Cuando se requiere un enlace por onda de superficie, se utilizan antenas de polarización vertical.

Preguntas y Respuestas Adicionales

Pregunta: ¿Cómo se consigue una onda polarizada circularmente?
Respuesta: Con dos señales con la misma amplitud (mismo módulo) y desplazadas 90º en el espacio y 90º en el tiempo.
Afirmación: Un frente de onda es una superficie de fase constante de dicha onda.
Respuesta: Verdadero.
Pregunta: ¿Qué se denomina onda de tierra?
Respuesta: El conjunto de la onda espacial no dispersada y la onda de superficie.
Pregunta: ¿Cuándo se considera un enlace en visibilidad?
Respuesta: Si tenemos el 60% del primer elipsoide de Fresnel libre.
Pregunta: ¿Entre qué valores varía el módulo del coeficiente de reflexión?
Respuesta: Entre 0 y 1.
Afirmación: Un frente de onda es el lugar geométrico de los puntos que están en fase.
Respuesta: Verdadero.
Pregunta: ¿Cuál es la misión fundamental de una antena?
Respuesta: Transformar la energía de radiofrecuencia (RF) generada por el transmisor en ondas electromagnéticas libres y transformar estas de nuevo en energía de RF que pueda activar el receptor.
Pregunta: La polarización de una onda electromagnética es la dirección de propagación de…
Respuesta: El campo eléctrico.
Pregunta: ¿Cuáles son las características de los medios de propagación?
Respuesta: Velocidad de propagación, longitud de onda, constante de fase, impedancia característica, índice de refracción.
Pregunta: ¿Qué es la longitud de onda?
Respuesta: Es la mínima distancia que hay que recorrer para observar una variación de fase de 2π radianes.
Pregunta: ¿Qué puede representar el diagrama de radiación de una antena?
Respuesta: La intensidad de radiación, la intensidad de campo, la fase, la polarización.
Afirmación: Cualquier antena directiva radiará más potencia, por lo menos en una dirección, que una isotrópica, a igualdad de potencia total radiada.
Respuesta: Verdadero.
Pregunta: ¿Qué es la PIRE?
Respuesta: Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (PIRE) es la potencia que deberíamos suministrar a una antena isotrópica para conseguir la misma densidad de potencia a la misma distancia que una antena dada en una determinada dirección.
Pregunta: ¿Qué se pretende conseguir con la adaptación de impedancias entre la antena y la línea de transmisión?
Respuesta: Eliminar las ondas reflejadas en la línea y obtener la máxima transferencia de energía.
Afirmación: Los dos parámetros que generalmente se emplean para medir el ancho de banda (AB) son el diagrama de radiación y la impedancia.
Respuesta: Verdadero.
Afirmación: Las polarizaciones elíptica y circular pueden ser a dextrógiro o a levógiro.
Respuesta: Verdadero.
Pregunta: En una antena receptora adaptada a la línea, la relación entre la potencia entregada por la antena a la carga (línea + receptor) y la densidad de potencia de la onda incidente sobre la antena, se denomina…
Respuesta: Apertura.
Pregunta: Una antena de 2,5 metros trabajando a 6 MHz es un…
Respuesta: Dipolo corto.
Pregunta: Una antena de 8 metros de longitud trabajando a 6 MHz es un…
Respuesta: Dipolo largo.
Pregunta: ¿Qué tipo de antena es un dipolo λ/2?
Respuesta: Dipolo largo resonante.
Pregunta: ¿Cuánto debemos acortar un dipolo de λ/2 real para hacerlo resonante?
Respuesta: 5% aproximadamente.
Pregunta: Una antena dipolo horizontal trabajando a una frecuencia de 75 MHz y situada a 1 metro del suelo está trabajando en condiciones de…
Respuesta: DMR (Dirección de Máxima Radiación) en la vertical, óptimo para NVIS (Near to Vertical Incidence Sky-wave).
Pregunta: ¿Qué dispositivo emplearemos para conectar un dispositivo no equilibrado (por ejemplo, cable coaxial) a uno equilibrado (por ejemplo, antena dipolo)?
Respuesta: Un balun.
Pregunta: ¿Cuál de las siguientes antenas es no resonante?
Respuesta: Antena rómbica.
Pregunta: ¿Cuál es la misión de un array de antenas?
Respuesta: Conseguir mayor directividad que la que se conseguiría con un elemento aislado.
Pregunta: La zona donde se produce la radiación en una antena logaritmo-periódica se denomina…
Respuesta: Activa.
Pregunta: ¿Por qué decimos que el final de una guía de onda es un radiador de energía poco eficaz?
Respuesta: Debido a la desadaptación elevada entre su impedancia característica y la del vacío.
Pregunta: ¿Por qué se emplea principalmente el reflector hiperbólico en la antena Cassegrain?
Respuesta: Porque se consiguen con él bajas temperaturas de ruido.
Pregunta: ¿Cómo se denomina el dispositivo que convierte las corrientes de alta frecuencia en ondas electromagnéticas?
Respuesta: La antena.
Pregunta: ¿Cómo se denomina la relación entre la tensión máxima y la tensión mínima a lo largo de una línea?
Respuesta: Relación de onda estacionaria (ROE).
Pregunta: En una línea se dice que la ROE vale 1:1…
Respuesta: Cuando la carga está perfectamente acoplada a la línea.
Pregunta: ¿De qué parámetros depende la intensidad de radiación?
Respuesta: De la densidad de potencia y de la distancia desde el transmisor al cuadrado.
Pregunta: ¿Qué tipo de antena es un dipolo de λ/2?
Respuesta: De hilo.
Pregunta: ¿Cómo intentaremos mejorar en un enlace HF por propagación ionosférica el efecto del suelo si disponemos de una antena dipolo de λ/2 horizontal?
Respuesta: Cambiando la altura de la antena (bajando o subiendo la antena).
Pregunta: ¿Para qué tipo de enlace y distancias emplearemos habitualmente el dipolo de λ/2 tanto en horizontal como en V invertida?
Respuesta: Enlace por propagación ionosférica y distancias cortas y medias.
Pregunta: ¿Qué propiedad principal tienen las parábolas empleadas en las antenas con reflector parabólico?
Respuesta: El enfoque.
Pregunta: ¿Qué tipo de reflector y subreflector emplean las antenas parabólicas Cassegrain?
Respuesta: Reflector parabólico, subreflector hiperbólico.
Pregunta: En un sistema de comunicaciones, el ruido de canal, ¿a qué señal afecta?
Respuesta: A la señal modulada.
Pregunta: ¿Qué características constituyen un elemento diferenciador de las ondas electromagnéticas según el medio de propagación en el que se encuentren?
Respuesta: La velocidad de propagación.
Pregunta: Si hablamos de un parámetro de las ondas electromagnéticas como aquella separación entre dos oscilaciones consecutivas, nos referimos a…
Respuesta: Longitud de onda.
Pregunta: Explique qué ocurre con la atenuación de trayecto dependiendo de la distancia a la que se encuentra el punto de la fuente.
Respuesta: La atenuación de trayecto es igual a At = Aesp + Aabs. La Aabs es más acusada a grandes distancias de la fuente y la Aesp siempre existe y es más acusada cerca de la fuente, por lo tanto, si está cerca predominará la Aesp y a grandes distancias será la Aabs.
Pregunta: ¿Qué es la directividad?
Respuesta: La ganancia de una antena es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección a una distancia dada y la densidad de potencia que radia a esa distancia una antena isotrópica de la misma potencia. Los conceptos de directividad y ganancia están relacionados con la eficacia de la antena.