| Antenas receptoras
Las antenas receptoras son dispositivos destinados a captar energía electromagnética procedente de ondas de radio. En un sistema de recepción, la antena transforma parte de esa energía en una señal eléctrica que luego puede ser aplicada a un receptor, amplificador o circuito de sintonía.
Introducción
Una antena no debe considerarse solamente como un conductor metálico cualquiera, sino como un elemento capaz de interactuar con un campo electromagnético. Cuando una onda de radio llega hasta la antena, el campo eléctrico de la onda induce pequeñas tensiones y corrientes en sus conductores. Estas señales son generalmente muy débiles, por lo que deben ser seleccionadas, amplificadas y procesadas por el circuito receptor.
El comportamiento de una antena depende de varios factores: su forma, longitud, orientación, altura sobre el suelo, frecuencia de trabajo y acoplamiento con el circuito receptor.
El circuito oscilante abierto
Un concepto importante para comprender una antena receptora es el circuito oscilante abierto. En un circuito resonante formado por una bobina y un condensador, la frecuencia de resonancia depende de la inductancia y la capacidad:
$$
f_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}
$$
Cuando el circuito está cerrado, la energía oscila entre el campo magnético de la bobina y el campo eléctrico del condensador. Si el circuito se va “abriendo” físicamente, a,b,c,d ; separando las placas capacitivas y extendiendo el conductor, se obtiene una estructura capaz de irradiar o recibir ondas electromagnéticas. De esta forma, una antena puede entenderse como una evolución física de un circuito resonante abierto.
Fig. : Esquema donde se transforma un circuito LC cerrado en una antena abierta. Si se separan las placas del condensador y se estiran las espiras de la bobina de un circuito oscilante se llega finalmente a un trozo de conductor rectilíneo que tiene las propiedades de un circuito oscilante y que se denomina dipolo.
Distribución de corriente y tensión en la antena
En una antena resonante no todos los puntos presentan la misma corriente ni la misma tensión. En una antena de media onda, por ejemplo, la corriente suele ser máxima en el centro y mínima en los extremos. En cambio, la tensión suele ser mínima en el centro y máxima en los extremos.
Esta distribución se debe a la formación de ondas estacionarias sobre el conductor. Por esa razón, el punto de alimentación de la antena influye mucho en la impedancia que presenta al receptor o a la línea de transmisión.
Fig. : curvas de distribución de corriente y tensión a lo largo de la antena.
Impedancia de la antena
La impedancia de la antena es la oposición que presenta al paso de la corriente alterna de radiofrecuencia. No es simplemente una resistencia óhmica, sino una combinación de resistencia y reactancia:
$$
Z = R + jX
$$
En resonancia, la parte reactiva se anula o se hace mínima, por lo que la antena se comporta principalmente como una resistencia. La adaptación de impedancias es fundamental para transferir la máxima energía entre la antena y el circuito receptor.
Si la impedancia de la antena no coincide con la impedancia de entrada del receptor o de la línea, se producen pérdidas, reflexiones y disminución de sensibilidad.
Fig. : curva de impedancia de antena en función de la longitud de onda.
Relación entre longitud de antena y frecuencia
La longitud física de una antena está directamente relacionada con la longitud de onda de la señal que debe recibir. La longitud de onda se calcula mediante:
$$
\lambda = \frac{c}{f}
$$
donde \( \lambda \) es la longitud de onda, \( c \) es la velocidad de propagación de la onda electromagnética y \( f \) es la frecuencia.
En muchas antenas receptoras se emplean longitudes equivalentes a fracciones de onda, como \( \lambda/2 \) o \( \lambda/4 \). Una antena de media onda presenta condiciones de resonancia favorables para captar señales de una frecuencia determinada.
Fig. : gráficos de corriente e impedancia para antenas de distintas longitudes.
Intensidad de campo eléctrico
La intensidad de campo eléctrico representa la fuerza eléctrica disponible en una onda electromagnética. En recepción, este campo actúa sobre los electrones libres del conductor de la antena, produciendo una tensión inducida.
El campo eléctrico suele representarse con líneas de campo. En una antena dipolo, estas líneas se distribuyen alrededor de los conductores y cambian de sentido con la alternancia de la señal de radiofrecuencia.
[INSERTAR IMAGEN 6: representación del campo eléctrico alrededor de una antena dipolo]
Campo magnético asociado
Además del campo eléctrico, toda onda electromagnética posee un campo magnético. Ambos campos son perpendiculares entre sí y se propagan en el espacio transportando energía.
En una antena, la corriente alterna genera un campo magnético alrededor del conductor. La interacción entre campo eléctrico y campo magnético permite explicar la propagación y recepción de las ondas de radio.
Fig. : formación del campo magnético y eléctrico alrededor del dipolo. a,b,c,d
Antena dipolo
La antena dipolo es una de las configuraciones más importantes en radio. Está formada por dos conductores alineados, alimentados o conectados en el centro. En recepción, cada brazo del dipolo capta parte de la energía del campo electromagnético incidente.
Un dipolo de media onda tiene una longitud aproximada:
$$
L \approx \frac{\lambda}{2}
$$
En la práctica, esta longitud se corrige ligeramente debido a efectos de borde, diámetro del conductor y condiciones de instalación.
Directividad y orientación
La orientación de la antena influye en la intensidad de la señal recibida. Una antena no capta igual desde todas las direcciones. La directividad indica la capacidad de recibir mejor señales procedentes de ciertas direcciones.
En un dipolo, la recepción máxima suele darse en dirección perpendicular al eje de la antena, mientras que en la prolongación del eje la recepción disminuye.
Fig. : características relativas de intensidad y directividad de una antena.
Conceptos principales
- Antena receptora: dispositivo que capta ondas electromagnéticas y las convierte en señales eléctricas.
- Circuito oscilante abierto: forma conceptual que permite relacionar un circuito LC con una antena.
- Frecuencia de resonancia: frecuencia a la cual la antena o circuito responde con mayor eficacia.
- Impedancia de antena: oposición total que presenta la antena a la corriente de radiofrecuencia.
- Campo eléctrico: componente de la onda electromagnética que induce tensión en la antena.
- Campo magnético: componente asociado a la corriente y perpendicular al campo eléctrico.
- Dipolo: antena formada por dos conductores, generalmente simétricos.
- Longitud de onda: distancia recorrida por la onda durante un ciclo completo.
- Directividad: propiedad que indica la sensibilidad de la antena según la dirección de llegada de la señal.
Resumen
Una antena receptora funciona como un sistema resonante abierto que capta energía electromagnética del espacio. Su eficacia depende de la frecuencia, longitud, impedancia, orientación y distribución de campos. Comprender estos conceptos permite diseñar, instalar y adaptar antenas para mejorar la recepción de señales de radio.
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