Antena

Una antena es un dispositivo normalmente conductor metálico, diseñado con

el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio
libre. Una antena transmisora transforma energía eléctrica en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben

expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas
(ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de teléfonos
móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección Antena de onda corta
y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). "Cortina", Moosbrunn,
Austria
Las características de las antenas dependen de la relación entre sus
dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida
o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la
longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen
dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si
su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son directivas.

Parámetros de una antena

Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros, estando los más
habituales descritos a continuación:

Diagrama de radiación

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, Antena para

en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación), lo más Comunicaciones por
satélite en banda-C de
habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se
15 m de diámetro.
pueden encontrar diagramas de polarización o de fase.

Atendiendo al diagrama de radiación, podemos hacer una clasificación

general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotrópica, antena
directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional,…).

Dentro de los diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación
de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria a la
que ya tiene.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia.

Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación.
Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.
Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de
un haz toma un valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la
 potencia radiada se reduce a la mitad.
Relación de lóbulo principal a secundario
(SLL): Es el cociente en dB entre el valor
máximo del lóbulo principal y el valor
máximo del lóbulo secundario.
Relación delante-atrás (FBR): Es el
cociente en dB entre el valor de máxima
radiación y el de la misma dirección y
sentido opuesto.

Ancho de banda

Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros

Diagrama animado de la antena dipolo que irradia
de la antena cumplen unas determinadas
ondas de radio. El problema de la radiación,
características. Se puede definir un ancho de banda
formación y emisión de las ondas electromagnéticas
de impedancia, de polarización, de ganancia o de
puede ser resuelto, solucionando las ecuaciones de
otros parámetros.
Maxwell, un método directo se ha propuesto
El ancho de banda está determinado por las recientemente.1 ​
frecuencias superior e inferior fuera de las cuales el
nivel de energía en la antena decrece a más de 3dB.

Directividad

La Directividad (D) de una antena se define como la

relación entre la intensidad de radiación de una
antena en la dirección del máximo y la intensidad de
radiación de una antena isotrópica que radia con la
misma potencia total: Un diagrama animado de una antena dipolo de
recepción de onda de radio

La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades

logarítmicas (dBi) como:

Ganancia

Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima

radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la
directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el
Diagrama de radiación
diagrama de radiación.
La unidad de Ganancia (G) de una antena es el dBd o dBi, dependiendo si esta se define respecto a un
dipolo de media onda o a la isotrópica.

Eficiencia

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.

También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

El parámetro e (eficiencia) es adimensional.

Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada.

. La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia
de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia.

La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se

denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

Apertura de haz

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB,
que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia
máxima (en la dirección principal de radiación). También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que
es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al
máximo.

Polarización

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una
determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una
cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La
polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45°, -45°). Las polarizaciones
circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del
campo (observado alejándose desde la antena).

En el marco de antenas se define un coeficiente de desacoplo por polarización. Este mide la cantidad de
potencia que es capaz de recibir una antena polarizada de una forma con una longitud efectiva de un
campo eléctrico incidente con una determinada polarización . De este modo, el coeficiente de desacoplo
por polarización se define como:
De esta manera, obtenemos la fracción de potencia que finalmente la antena es capaz de recibir,
multiplicando la potencia incidente en la antena por este coeficiente definido anteriormente, de la forma:

Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar
(crosspolar, en inglés) al diagrama de radiación con la polarización contraria.

En antenas profesionales de comunicaciones por satélite, es habitual que una misma antena trabaje con
ambas polarizaciones ortogonales a la vez, de modo que se duplique el ancho de banda disponible para la
señal en el enlace. Para ello, se coloca junto al alimentador un transductor ortomodo, que dispone de un
puerto de guía de ondas circular conectado a la bocina y dos puertos de guías de ondas rectangulares
ortogonales, cada uno de los cuales trabaja en una polarización distinta. Si en cada uno de estos puertos se
coloca un diplexor que separe las bandas de frecuencia de emisión y recepción, se tratará de un alimentador
de cuatro puertos con el que una misma antena será capaz de emitir y recibir en ambas polarizaciones
simultáneamente.

En otras ocasiones, estas antenas disponen de solo dos puertos, uno para emitir en una polarización y el otro
para recibir en la polarización opuesta.

Relación Delante/Atrás

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección
geométrica y la potencia radiada en el sentido opuesto.

Cuando esta relación es reflejada en un gráfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia
en dB entre el nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es
especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a
utilizar.

Esta relación, además lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que es la antena en el
rechazo de las señales provenientes de la parte trasera. Rara vez es verdaderamente importante, ya que las
interferencias por la parte trasera no ocurren habitualmente, pero puede suceder.

La relación F / B no es un número muy útil, ya que a menudo varía enormemente de un canal a otro. Por
supuesto, si se tiene el patrón de radiación, entonces no se necesita la relación F/B.

Comparando una antena Yagi con una parabólica, podemos ver que para la antena Yagi tenemos una
relación F/B de aproximadamente 15 dB (según modelo y fabricante) mientras que para la parabólica la
relación F/B es >35dB (según modelo y fabricante). De esta forma observamos como es "de buena" una
antena respecto al rechazo de señales por la parte trasera. Cuanto mayor sea este parámetro en las antenas
parabólicas mejor será.

Los 15 dB de la antena Yagi lo podemos interpretar también como la atenuación que tendríamos en el
sistema, en caso de captar una onda rebotada por ejemplo de un edificio, por la parte trasera de esta.

Resistencia de radiación
Cuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte se convierte en calor
disipándose. Cuando se habla de resistencia de radiación, se hace teniendo en cuenta que no se puede medir
de forma directa.

Si se reemplaza la antena por la resistencia de radiación, esta, haría su trabajo, es decir, disiparía la misma
cantidad de potencia que la que irradiaría la antena. La resistencia de radiación es igual a la relación de la
potencia radiada por la antena dividida por el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación.

En donde:

Rr = Resistencia de radiación (Ohms)

P = Potencia radiada por la antena (Watts)
i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

Se podría obtener la eficiencia de una antena, dado que es la relación de la potencia radiada y la potencia
disipada.

Clasificación clásica de las antenas

Existen tres tipos básicos de antenas: antenas de hilo, antenas de
apertura y antenas planas. Asimismo, las agrupaciones de estas
antenas (arrays) se suelen considerar en la literatura como otro tipo
básico de antena.

Antenas de hilo

Las antenas de hilo son antenas cuyos elementos radiantes son

conductores de hilo que tienen una sección despreciable respecto a
la longitud de onda de trabajo.2 ​ Las dimensiones suelen ser como
máximo de una longitud de onda. Se utilizan extensamente en las
bandas de MF, HF, VHF y UHF. Se pueden encontrar
agrupaciones de antenas de hilo. Ejemplos de antenas de hilo son:

El monopolo vertical
El dipolo y su evolución, la antena Yagi
La antena espira Antenas y parábolas sobre el castillo
La antena helicoidal es un tipo especial de antena que de Santa Bárbara, Alicante, España.
se usa principalmente en VHF y UHF. Un conductor
describe una hélice, consiguiendo así una polarización
circular.

Las antenas de hilo se analizan a partir de las corrientes eléctricas de los conductores.

Antenas de apertura
Las antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para dirigir el haz electromagnético
de forma que concentran la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección. La más conocida y
utilizada es la antena parabólica, tanto en enlaces de radio terrestres como de satélite. La ganancia de dichas
antenas está relacionada con la superficie de la parábola, a mayor tamaño mayor colimación del haz
tendremos y por lo tanto mayor directividad.

El elemento radiante es el alimentador, el cual puede iluminar de forma directa a la parábola o en forma
indirecta mediante un subreflector. El alimentador está generalmente ubicado en el foco de la parábola. El
alimentador, en sí mismo, también es una antena de apertura (se denominan antenas de bocina) que puede
utilizarse sin reflector, cuando el objetivo es una cobertura más amplia (e.g. cuando se pretende cubrir la
totalidad de la superficie de la tierra desde un satélite en órbita geoestacionaria).

Se puede calcular la directividad de este cierto tipo de antenas, , con la siguiente expresión, donde es
el área y es la longitud de onda:

Hay varios tipos de antenas de apertura, como la antena de bocina,

la antena parabólica, la antena parabólica del Radar Doppler y
superficies reflectoras en general.

Antenas planas

Un tipo particular de antena plana son las antenas de apertura

sintética, típicas de los radares de apertura sintética (SAR). Reflectores parabólicos

Agrupaciones de antenas

Las agrupaciones (arrays) de antenas están formados por un

conjunto de dos o más antenas ordenadas de tal forma que en su
conjunto se comportan como una única antena con un diagrama de
radiación propio.

La característica principal de las agrupaciones de antenas es que su

diagrama de radiación es modificable, pudiendo adaptarlo a
diferentes aplicaciones/necesidades. Esto se consigue controlando
de manera individual la amplitud y fase de la señal que alimenta a
cada uno de los elementos de la agrupación.

Atendiendo a la distribución de las antenas que componen un

arreglo podemos hacer la siguiente clasificación: Agrupación (array) de antenas.

Arrays lineales: Los elementos están dispuestos sobre

una línea.
Arrays planos: Los elementos están dispuestos bidimensionalmente sobre un plano.
Arrays conformados: Los elementos están dispuestos sobre una superficie curva.

A nivel de aplicación los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes. Una
definición básica de un sistema de antenas inteligentes es cualquier configuración adaptativa de múltiples
antenas que mejoran el rendimiento de un sistema de comunicaciones inalámbricas.
Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con una mayor directividad (es
decir, mayor ganancia y mayor selectividad angular), proporcionan múltiples ventajas:

Incremento de la zona de cobertura: Dado que la ganancia es mayor que en el caso de

antenas omnidireccionales o sectorizadas.
Incremento de la potencia de transmisión: La mayor ganancia de la antena permite
incrementar la sensibilidad.
Reducción del nivel de interferencia: La mejor selectividad espacial de la antena permitirá
al receptor discriminar las señales de usuarios interferentes a favor de la señal del usuario
deseado. Incluso se pueden utilizar antenas inteligentes con configuración antena principal
y secundarias donde las secundarias anulan las interferencias.
Reducción de la propagación multitrayecto: Debido a la menor dispersión angular de la
potencia radiada, se reduce el número de trayectorias que debe seguir la señal antes de
llegar al receptor.
Mejora de la seguridad: Gracias a que la transmisión es direccional, hay una probabilidad
muy baja de que un equipo ajeno intercepte la comunicación.
Introducción de nuevos servicios: Al poder identificar la posición de usuarios se puede
aplicar a radiolocalización, tarificación geográfica, publicidad en servicios cercanos...

Clasificación funcional
La clasificación tradicional de las antenas se basa, fundamentalmente, en la forma en que se distribuye el
campo electromagnético en la propia antena o en la tecnología utilizada. No obstante, también pueden
hacerse clasificaciones desde un punto de vista práctico: una catalogación de las antenas desde el punto de
vista de sus prestaciones y tecnología, casos de uso concretos y discusiones acerca de los parámetros de
ingeniería que ayuden al entendimiento de su funcionamiento.

Antenas con reflector

El origen de la antena con reflector se remonta a 1888 en el laboratorio de Heinrich Hertz, que demostró
experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas que habían sido predichas por James Clerk
Maxwell unos quince años antes. En sus experimentos, Hertz utilizó un reflector parabólico cilíndrico de
zinc, excitado por una chispa en la parte central de un dipolo colocado en la línea focal y otro similar como
receptor.

Su funcionamiento se basa en la reflexión de las ondas electromagnéticas por la cual las ondas que inciden
paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco que está centrado en el
paraboloide. En el caso de una antena receptora, en cambio si se trata de una antena emisora, las ondas que
emanan del foco (dispositivo de emisión) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje
de la antena.

Cuando se desea la máxima directividad de una antena, la forma del reflector generalmente es parabólica,
con la fuente primaria localizada en el foco y dirigida hacia el reflector.
Las antenas con reflector parabólico, o simplemente antenas parabólicas se utilizan extensamente en
sistemas de comunicaciones en las bandas de UHF a partir de unos 800 MHz y en las de SHF y EHF. Entre
sus características principales se encuentran la sencillez de construcción y elevada direccionalidad. La forma
más habitual del reflector es la de un paraboloide de revolución, excitado por un alimentador situado en el
foco.

Tipos básicos de antenas con reflector

Foco primario

La superficie de estas antenas es un paraboloide de revolución. Las ondas electromagnéticas inciden

paralelamente al eje principal, se reflejan y dirigen al foco.

El foco está centrado en el paraboloide.

Tienen un rendimiento máximo de aproximadamente el 60%, es decir, de toda la energía que llega a la
superficie de la antena, el 60% lo hace al foco y se aprovecha, el resto se pierde debido principalmente a
dos efectos, el efecto spillover y el efecto bloqueo.

Su relativa gran superficie implica un menor ángulo de anchura del haz (3 dB), por lo que la antena debe
montarse con mayor precisión que una antena offset normal. La lluvia y la nieve pueden acumularse en el
plato e interferir en la señal; Además como el LNB va montado centralmente, bloquea muchas señales con
su propia sombra sobre la superficie de la antena.

Offset

Una antena offset está formada por una sección de un reflector paraboloide de
forma oval. La superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica
(elipse). El punto focal no está montado en el centro del plato, sino a un lado del
mismo (offset), de tal forma que el foco queda fuera de la superficie de la antena.
Debido a esto, el rendimiento es algo mayor que en la de Foco Primario, pudiendo
ser de un 70% o algo más. Antena Offset

Cassegrain

Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de
bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la
imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo reflector o
subreflector. En el caso del reflector parabólico Cassegrain el subreflector es hiperbólico.

El reflector principal refleja la radiación incidente hacia el foco primario. El reflector secundario posee un
foco en común con el reflector parabólico.

El sistema de alimentación está situado en el foco secundario, de manera que el centro de fases del
alimentador coincide con el foco secundario del hiperboloide.

El paraboloide convierte una onda plana incidente en una esférica dirigida hacia el foco primario, que es
entonces reflejada por el subreflector para formar una onda esférica incidente en el alimentador.

Alimentadores para antenas con reflector (bocinas)

Las bocinas son utilizadas como alimentador en las antenas, es decir, se utilizan para iluminar el reflector
formando lo que se conoce como antena parabólica. La bocina de alimentación se encuentra situada en el
foco del paraboloide.

Una única bocina puede utilizarse como una antena de cobertura global en satélites; además se pueden
agrupar varias bocinas (alimentándolas con una amplitud y una fase diferentes), para conseguir un
determinado diagrama de radiación y dar cobertura a un país o continente. La agrupación de bocinas sería el
alimentador del reflector.

En una transmisión la bocina emite energía desde el foco hacia la superficie del reflector, consiguiendo
radiar sobre el rango de cobertura deseado, mientras que en una recepción el reflector actúa como un
acumulador de energía de la señal, que es concentrada hacia la bocina alimentadora.

Las bocinas pueden transmitir o recibir dos ondas con polarización distinta, siempre que la polarización sea
ortogonal. Esto se consigue con un dispositivo llamado acoplador ortomodo (OMT), que es un sistema de
guía de ondas en forma de T, donde por la guía principal se propagan dos modos dominantes ortogonales y
cada guía adosada soporta uno de los dos modos anteriores.

La polarización ha de ser ortogonal para que no se produzcan interferencias.

De acuerdo con la forma de la apertura, las bocinas pueden ser de dos tipos: piramidal y cónica.

Bocina piramidal

Es un tipo de bocina rectangular. Se ensancha tanto en el plano E como

en el H, lo que permite radiar haces estrechos en ambos planos. Este
tipo de bocinas son adecuadas para sistemas de polarización lineal. Su
ganancia puede calcularse exactamente a partir de sus dimensiones
físicas por ello se suelen utilizar como patrones de comparación en las
medidas de ganancia. El diseño de una bocina piramidal requiere que su
garganta coincida con la guía rectangular de alimentación.

Bocina cónica
Bocina piramidal
Se utilizan fundamentalmente en antenas de satélites de haz global. Son
las más adecuadas para utilizar polarizaciones circulares, aunque
también pueden utilizar polarización lineal.

Según el modo de propagación transmitido se clasifican como: bocinas de modo dominante, bocinas de
modo dual y bocinas corrugadas.

Bocinas de modo dominante: se sintoniza al modo predominante de la guía de onda

circular, el modo TE11.
Bocinas multimodo: se sintoniza al modo de propagación TE11 de la onda que se propaga
por la guía de onda, junto al modo TM11 que es el siguiente modo de propagación.
Bocinas corrugadas (o híbridas): se ajustan a un modo híbrido (HE11), con lo que se
consigue un ancho de haz amplio y simétrico gracias a lo cual el reflector se alimenta
uniformemente. Además con este tipo de bocinas se consigue una polarización más pura.

Lentes dieléctricas
Definición: Una lente dieléctrica es un objeto que nos sirve para conseguir que
una onda esférica se transforme en una onda plana modificando amplitud y fase
pudiendo de esta forma ganar directividad en la radiación aumentando la
ganancia. De forma similar a las lentes ópticas, una lente dieléctrica está formada
por dos materiales de constante dieléctrica diferente cuya forma geométrica
describe una curva hiperbólica. De esta manera, podemos conseguir que una onda
esférica se transforme en una onda plana consiguiendo así aumentar la ganancia. Bocina con lente
Para ello, es necesario que los caminos eléctricos recorridos sean los mismos para dieléctrica
cualquier posible trazado de rayos. Una de las principales ventajas de la
utilización de este tipo de dispositivos es poder modificar la distribución de
amplitud, haciéndola más uniforme y aumentando la eficiencia de apertura del sistema. Una aplicación
común de las lentes es su utilización a la salida de las antenas de bocina. Mediante este dispositivo, una fase
distorsionada por este tipo de antena se puede corregir con una lente colocada a la salida de la antena

Gracias a la utilización de una lente dieléctrica en la boca del alimentador de una antena (bocina), se
consigue disminuir el error de fase.

Ingeniería con estas antenas

Iluminación parabólica sobre pedestal

Para distribuciones parabólicas sobre pedestal el modelo de campo de apertura es el siguiente:

Eab(r) = C + (1 - C) [1 - (r / a) 2] n

Iluminación sobre el borde de la parábola (dB)

Nivel del lóbulo secundario

Radio de la apertura

Distribuciones parabólicas sobre pedestal: parámetros de campo radiado

Iluminación en el borde n=1 n=2
C (dB) C HP (rad) SLL (dB) E HP (rad) SLL (dB) E
-8 0,398 1,12 /2a -21,5 0,942 1,14 /2a -24,7 0,918
-10 0,316 1,14 /2a -22,3 0,917 1,17 /2a -27,0 0,877
-12 0,251 1,16 /2a -22,9 0,893 1,20 /2a -29,5 0,834
-14 0,200 1,17 /2a -23,4 0,871 1,23 /2a -31,7 0,792
-16 0,158 1,19 /2a -23,8 0,850 1,26 /2a -33,5 0,754
-18 0,126 1,20 /2a -24,1 0,833 1,29 /2a -34,5 0,719
-20 0,100 1,21 /2a -24,3 0,817 1,32 /2a -34,7 0,690
Ancho de Haz a -3dB

Nivel de lóbulo lateral

 Eficiencia de iluminación

Ganancia en estas antenas

Diámetro reflector

Eficiencia global

La eficiencia total es debida a las siguientes eficiencias parciales:

Rendimiento de radiación (típicamente el del alimentador).

Eficiencia de iluminación (o de apertura).
Eficiencia de spillover.
Eficiencia por contrapolar.
Eficiencia por error en la superficie.
Eficiencia por bloqueo.
Pérdidas por desplazamientos del alimentador.

Eficiencia de Iluminación:

Son las pérdidas de ganancia relacionadas con la

iluminación no uniforme de la apertura.

Eficiencia de Spillover:

Es la pérdida de ganancia debida a la radiación del

alimentador fuera del ángulo que contiene el
reflector.

A medida que la iluminación del borde crece

aumenta la eficiencia de iluminación pero
disminuye la eficiencia de spillover.

El punto óptimo para la eficiencia Combinada Eficiencia de Iluminación aplicando el modelo de

(Iluminación y Spillover), se sitúa típicamente en iluminación parabólica sobre pedestal (n=2)
torno a C=-10dB,-12dB.

Eficiencia por Contrapolar:

Es la medida de la pérdida de energía en la que el componente contrapolar radiada.

En los sistemas centrados que no introducen componente contrapolar, esta eficiencia mide las características
del alimentador.

Eficiencia por error en la superficie:

Esta relacionada con las desviaciones del frente de fase en la apertura respecto a la onda plana ideal,
debidas a las distorsiones de la superficie de los reflectores.

Eficiencia por Bloqueo:

Aparece a causa de la porción de apertura bloqueada por:

 Alimentador (o Subreflector).
Soportes del alimentador o del
subreflector.

Pérdidas por desplazamientos:

Desplazamiento lateral:

El desplazamiento lateral del alimentador causa un

apuntamiento del haz en sentido contrario al
movimiento del alimentador.

Se produce una caída de la Ganancia y el Efecto de

Coma (incremento asimétrico en el nivel de los
lóbulos secundarios hasta juntarse uno de ellos con
el lóbulo principal).

Desplazamiento axial: Eficiencia combinada

La variación en la posición del alimentador a lo

largo del eje z produce un error de fase de orden cuadrático en el campo de apertura que rellena los nulos
del diagrama de radiación y disminuye la ganancia.

Ganancias típicas

La ganancia de una antena reflectora de apertura circular se obtiene como:

La eficiencia total que se suele obtener es del orden de:

Reflector simple centrado: 60 %

Sistema Cassegrain centrado: 65 al 70 %
Sistema Offset: 70 al 75 %
Sistema doble con superficies conformadas para máxima ganancia: 85 al 90 %

Uso de cada tipo de reflector

Antes de definir usos de antenas con reflector se debe notar que los tipos se deberían enunciar haciendo
referencia a que todas son antenas "parabólicas" puesto que así queda más claro que son tipos de
parabólicas.

Antena parabólica de foco primario

Usos: Televisión, radio y transmisión de datos, conexión VSAT:

Ejemplo (https://web.archive.org/web/20091028193703/http://www.plantaterrena.tv/antenas.
htm)
Usos: Recepción de satélite, pero tiene un bloqueo del alimentador que reduce la simetría rotacional y
reduce los haces.

Ejemplo (https://web.archive.org/web/20091003221609/http://www.slb.com/content/services/
consulting/infrastructure/global/spacetrack4000.asp)
Antena parabólica Offset

Usos: Antenas de recepción de satélite

Ejemplo 1 (https://web.archive.org/web/20091219041030/http://www.ikusi.es/public/ctrl_publ
ic_prod.php?accion=verGama&id_familia=4&id_gama='26')
Ejemplo 2 (https://web.archive.org/web/20091219101223/http://www.ikusi.es/public/ctrl_publ
ic_prod.php?accion=verProducto&id_familia=4&id_gama='26'&id_producto=194)
Antena parabólica Cassegrain

Es similar a la de Foco Primario, solo que tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepción, y las
ondas al chocar, se reflejan y van al Foco donde está el reflector menor; al chocar las ondas, van al Foco
último, donde estará colocado el detector. Se suelen utilizar en antenas muy grandes, donde es difícil llegar
al Foco para el mantenimiento de la antena. Aplicaciones de radar multifunción:

Ejemplo 1 (http://www.patentstorm.us/patents/4612550/description.html) (enlace roto

disponible en Internet Archive; véase el historial (https://web.archive.org/web/*/http://www.patentstorm.
us/patents/4612550/description.html), la primera versión (https://web.archive.org/web/1/http://www.pate
ntstorm.us/patents/4612550/description.html) y la última (https://web.archive.org/web/2/http://www.pate
ntstorm.us/patents/4612550/description.html)).
Ejemplo 2 (https://web.archive.org/web/20090909025920/http://www.integratedsoft.com/New
s/RandDnews.aspx?Article=Cassegrain-Antenna)

Aplicaciones militares:

Ejemplo 3 (https://web.archive.org/web/20080623214554/http://www.drdo.org/pub/techfocus/
apr2000/Cassegrain%20antenna.htm)
Sistema de antena Multihaz (MBA system)

Las antenas multihaz o sistemas MBA se utilizan generalmente en sistemas de

satélite.

Este tipo de antenas están formadas por arrays de elementos alimentadores y

circuitos de control para variar la potencia variando o combinando funciones
del BFN, de esta manera se consigue generar una red o matriz de haces (BFN
beam-forming network).

Cada elemento del array ilumina con una apertura óptica generando un haz, el Antena Multihaz Offset
ancho de haz de un rayo va determinado por el tamaño de la apertura óptica y
la posición. La separación angular de los rayos está determinada por la
separación entre los elementos.

Con esta configuración, los satélites pueden comunicarse a través de una sola antena con varias estaciones
terrenas geográficamente dispersas.

Existen varios tipos de antenas multihaz, los más importantes y más usados son:
 Offset Este tipo de antena se obtiene recortando de grandes antenas
parabólicas de forma esférica, tienen el Foco desplazado hacia abajo, de
tal forma que queda fuera de la superficie de la antena, por esta razón, el
rendimiento es mayor que en la de foco primario llegando a ser de un 70%
aproximadamente. El diagrama de directividad tiene forma de óvalo.
Cassegrain. Estas antenas son similares a las de Foco Primario, la
Antena
diferencia es que tienen dos reflectores; el mayor de ellos apunta al lugar
Multihaz
de recepción y las ondas al chocar, se reflejan y van al Foco donde está el
Cassegrain
reflector menor; al chocar las ondas, van al Foco último, donde estará
colocado el detector. Se suelen utilizar antenas muy grandes, donde es
difícil llegar al Foco para el mantenimiento de la antena. Además utilizan
un reflector que lleva el radiador primario en el foco del mismo. La dirección del haz se
puede modificar cambiando la posición de los elementos radiadores alrededor del foco, se
debe tener en cuenta el bloqueo que producen los radiadores dispuestos en torno a este.
Por este motivo es más útil el empleo de configuraciones Offset.

Antenas dipolos

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de
radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Tipos básicos de antenas de dipolo

Dipolo corto

Un dipolo corto (también llamado dipolo elemental) es un dipolo formado por dos conductores con una
longitud total L mucho menor que la mitad de la longitud de onda (½λ).

Los dipolos cortos son usados en ocasiones en aplicaciones donde un dipolo de la mitad de la longitud de
onda sería muy grande.

Por ejemplo, con una frecuencia de 1 MHz la longitud de onda es de 300 m. Por tanto, la mayoría de las
antenas se comportan como dipolo corto a frecuencias menores de 1 MHz.

Dipolo de media onda

Es un dipolo muy similar al dipolo corto pero en este caso la longitud es igual a la mitad de la longitud de
onda.

Dipolo doblado

Un dipolo doblado consiste en dos dipolos paralelos cortocircuitados en su extremo. Uno de los dipolos es
alimentado en el centro por un generador.

El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se
compensan y también tiene una mayor impedancia.

Antena Yagi
Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le añaden unos elementos llamados
"parásitos" para hacerlo direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores.

Los elementos directores se colocan delante del dipolo y refuerzan la señal en el sentido de emisión.

Los elementos reflectores se colocan detrás del dipolo y bloquean la captación de señales en la dirección
opuesta al receptor.

Log periódica

Una antena de tipo log periódica es una antena cuyos parámetros de

impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo
de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a
partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un
dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante.
Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica
de dipolos.

Arreglos Antena logoperiódica.

Un arreglo de antenas es un conjunto de elementos radiantes

individuales alimentados desde un mismo terminal mediante redes lineales. Normalmente suelen ser
elementos iguales y con la misma orientación. Se pueden encontrar muchos tipos de arreglos diferentes
dependiendo de su clasificación. Las agrupaciones se pueden clasificar por ejemplo según:

Su geometría
La red
Su aplicación
Su Funcionalidad

Ingeniería con estas antenas

Log Periódica3 ​

Una antena de tipo logarítmica periódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son
una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. Con una construcción similar a la de la
antena Yagi, solo que las diferencias de longitudes entre los elementos y sus separaciones siguen una
variación logarítmica en vez de lineal.

La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagi es que aquella no tiene un elemento excitado, sino que
recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor y una
impedancia pareja dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena.

Funcionamiento: La receptora de la señal o su región activa cambia continuamente dependiendo de la

frecuencia, donde en la frecuencia más baja de operación, el elemento largo es el resonante y el resto de
elementos actúan como directores. En la frecuencia más alta, el elemento más corto resuena y los otros
elementos (más largos) actúan como reflectores en el centro de la banda de frecuencia.
Antena banda ancha: con dipolos resonando en diferentes frecuencias estrechas, en una misma antena,
conseguimos abrir el ancho de banda de la antena. Antena multibanda: con dipolos resonando en diferentes
bandas, podemos obtener una antena capaz de ser multibanda.

Estas antenas pueden proveer hasta 10 dB más de ganancia que una antena de 1/4 de onda, a la vez que
pueden atenuar hasta 30 dB fuentes de interferencia provenientes de otras direcciones. La longitud del
elemento horizontal y el número de elementos transversales determinan el ancho de banda y la
direccionalidad de la antena.

Se utilizan principalmente para transmitir señales de TV, FM y para comunicaciones militares.

Yagi

A continuación se muestran tres tipos de antenas, cuya comparación ilustra lo común de estas antenas, y
también sus diferencias. Este tipo de ejercicio es el que los ingenieros deben realizar para elegir la antena
más adecuada en cada caso.4 ​

Antena Yagi 1044

Este tipo de antena tiene un ancho de banda del 57% (canales 21-69) y una ganancia de 16,5 dBi. A la hora
de seleccionar una antena un ingeniero debe tener en cuenta otros conceptos como la descripción de la
antena que se hace a continuación. Estas antenas se caracterizan por el diseño en X de sus elementos
directores, los cuales la hacen más corta que una antena Yagi convencional. Esta construcción consigue una
elevada inmunidad contra las señales generadas por la actividad humana, tales como motores o
electrodomésticos; y una perfecta adaptación de impedancias.

Antena Yagi 1443

Esta antena tiene un ancho de banda y una ganancia muy similar al ejemplo anterior. Está compuesta por un
array angular de dos conjuntos de elementos directores dispuestos en V. De la misma manera que la antena
descrita anteriormente, esta también tiene una reducidas dimensiones.

Antena Yagi 1065

Este tipo de antena, al tener muchos menos directores y tener un único reflector, tiene una ganancia mucho
menor que las antenas anteriores. En este caso la ganancia es de 9,5 dBi. De esta manera se puede apreciar
cuál es la función de los reflectores y directores en las antenas de dipolo y cómo estos modifican la ganancia
de las mismas.

Dipolo doblado

A la hora de estudiar este tipo de dipolos, la corriente que los alimenta se suele descomponer en dos modos:
par (o modo antena), e impar (o modo línea de transmisión).

El análisis en modo par es el que se realiza cuando se tiene en cuenta que en ambos brazos hay la misma
alimentación y en el mismo sentido. El análisis en modo impar, sin embargo, es el que se hace teniendo en
cuenta un sentido contrario de la corriente en cada brazo (dos generadores con signos opuestos). Las
corrientes totales serán por tanto la suma de las corrientes halladas en cada modo.

Análisis del modo impar

El modo impar equivale a dos líneas de transmisión en cortocircuito, alimentadas en serie. La impedancia de
una línea de transmisión de longitud H, terminada en cortocircuito es
La corriente del modo impar del dipolo doblado es

Análisis del modo par

A partir de la siguiente fórmula se halla la corriente del modo par:

Siendo la impedancia de un dipolo aislado, ya que la impedancia mutua de dos dipolos cercanos tiende a
la impedancia de un dipolo aislado.

Una vez halladas las corrientes tanto en modo par como impar, se sumarán para hallar la corriente total. La
fórmula resultante será la siguiente:

El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se
compensan. También hay que tener en cuenta que la relación entre las corrientes del dipolo doblado y del
dipolo aislado es , y que la potencia a la entrada de los dos dipolos es idéntica, se deduce que

En conclusión, un dipolo doblado equivale a un dipolo simple con corriente de valor doble, e impedancia 4
veces. El diagrama de radiación, sin embargo, será igual al del dipolo simple.

Arreglos

El parámetro fundamental en el diseño de un arreglo de antenas es el denominado factor de arreglo.

El factor de arreglo es el diagrama de radiación de una agrupación de elementos isotrópicos.

Cuando los diagramas de radiación de cada elemento del arreglo son iguales y los elementos están
orientados en la misma dirección del espacio, el diagrama de radiación de la agrupación se puede obtener
como el producto del factor de array por el diagrama de radiación del elemento.

Para analizar el comportamiento de una antena arreglo se suele dividir el análisis en dos partes: red de
distribución de la señal y conjunto de elementos radiantes individuales. La red de distribución viene
definida por su matriz de impedancias (Z), admitancias (Y) o parámetros de dispersión (S).

Para analizar el arreglo, se excita un solo elemento y los demás de dejan en circuito abierto. También hay
muchos casos en los que se debe tener en cuenta lo que influyen los demás elementos en la radiación del
elemento alimentado (esto se denomina "acoplamiento").

El diagrama de radiación es el producto del diagrama del elemento y del factor de arreglo. Gracias al factor
de arreglo (valor escalar) se puede analizar la geometría y la ley de excitación sobre la radiación.

La fórmula para hallar el campo total radiado será la siguiente:

Factor de arreglo:

Resto de parámetros:

Arrays de dipolos para redes GSM/UMTS

Acoplamiento entre elementos radiantes

Normalmente una antena se sitúa en una pared o sobre una estructura y muchas veces rodeada de elementos
conductores. Las estaciones base de las antenas modernas GSM, incluso suelen estar compuestas de
múltiples antenas por sector, donde es posible que dos antenas estén tan cerca que pueden interferir en su
radiación. Los operadores GSM deben tener esto en cuenta ya que la ganancia de la antena puede variar.
Esta distorsión puede utilizarse a nuestro favor si es necesario, simplemente añadiendo algún director o
reflector en el área cercana para conseguir más dBs en la dirección deseada.5 ​

Aspectos generales relacionados con la física de las antenas

Influencia de la Tierra

La conductividad del terreno es un factor determinante en la influencia de la tierra sobre la propagación de

las ondas electromagnéticas. La conductividad de la superficie de la tierra depende de la frecuencia de las
ondas electromagnéticas que inciden sobre ella y del material por la que esté compuesta, comportándose
como un buen conductor a bajas frecuencias y reduciendo su conductividad a frecuencias mayores.

El coeficiente de reflexión del suelo es un parámetro relacionado con la conductividad e informa acerca de
como se reflejan las ondas en él. Su valor depende del ángulo de incidencia y del material que conforma el
suelo: tierra húmeda, tierra seca, lagos, mares, zona urbana, etc.

Para un determinado coeficiente de reflexión, la energía reflejada por el suelo aumenta a medida que
aumenta el ángulo de incidencia respecto de la normal, siendo la mayor parte de la energía reflejada cuando
la incidencia es rasante, y teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflejada casi la misma
amplitud que los de la onda incidente.

En el caso de las antenas, tratándose habitualmente de emisión o recepción a grandes distancias, casi
siempre existe una incidencia rasante.

La apariencia de la antena imagen es una imagen especular de la apariencia de la antena transmisora real.
En algunos casos se puede considerar que la onda transmitida desde la antena real y la onda transmitida
desde la antena imagen tienen aproximadamente la misma amplitud, en otros casos, por ejemplo cuando el
suelo tiene irregularidades de dimensiones similares o mayores
que la longitud de onda, la reflexión del rayo incidente no será
neta.

La distancia recorrida por el rayo reflejado por la tierra desde la

antena transmisora hasta la antena receptora es mayor que la
distancia recorrida por el rayo directo. Esa diferencia de
distancia recorrida introduce un desfase entre las dos ondas.

Véase también: Redes de antenas

El rayo reflejado por la tierra puede
La figura de la derecha representa un ángulo de incidencia modelarse, desde el punto de vista de la
respecto de la horizontal muy grande cuando, en la realidad, el antena receptora, como el rayo
ángulo suele ser muy pequeño. La distancia entre la antena y su transmitido por una antena imagen de la
imagen es . antena transmisora, situada bajo el
suelo. El rayo reflejado recorre más
La reflexión de las ondas electromagnéticas depende de la distancia que el rayo directo.
polarización. Cuando la polarización es horizontal, la reflexión
produce un desfase de radianes, mientras que cuando la
polarización es vertical, la reflexión no produce desfase.

En el caso de una antena que emite con polarización vertical

(campo eléctrico vertical) el cálculo del campo eléctrico
resultante es el mismo que en radiación de un par de antenas.
El resultado es:

La inversión de signo para el campo paralelo solo cambia un

coseno en un seno: La componente vertical de la corriente se
refleja sin cambiar de signo, en cambio,
la componente horizontal cambia de
signo.

En estas dos fórmulas:

es el campo eléctrico de la onda electromagnética radiado por la antena si no hubiese la

tierra.
es el número de onda.
es la longitud de onda.
es la altura de la antena.

Antenas en recepción

El campo eléctrico de una onda electromagnética induce una tensión en cada pequeño segmento del
conductor de una antena. La corriente que circula en la antena tiene que atravesar la impedancia de la
antena.

Utilizando el teorema de reciprocidad se puede demostrar que el circuito equivalente de Thévenin de una
antena en recepción es el siguiente:
 es la tensión del
circuito equivalente de
Thevenin.
es la impedancia del
circuito equivalente de Thevenin y es igual a la
impedancia de la antena.
es la resistencia en serie de la impedancia de la
antena.
es la ganancia de la antena (la misma que en
emisión) en la dirección de donde vienen las ondas
electromagnéticas.
es la longitud de onda.
es el campo eléctrico de la onda electromagnética
incidente.
es el ángulo que mide el desalineado del campo
eléctrico con la antena. Por ejemplo, en el caso de una
antena formada por un dipolo, la tensión inducida es
máxima cuando el dipolo y el campo eléctrico incidente
están alineados. Si no lo están, y que forman un ángulo
la tensión inducida estará multiplicada por .

El circuito equivalente y la fórmula de la derecha son válidos para

todo tipo de antena: que sea un dipolo simple, una antena
parabólica, una antena Yagi-Uda o una red de antenas.

He aquí tres definiciones:

Los diferentes tipos de antenas y su

irradiación.
á

El corolario de estas definiciones es que la potencia máxima que una antena puede extraer de una onda
electromagnética depende exclusivamente de la ganancia de la antena y del cuadrado de la longitud de onda
(λ).

La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido.

Referencias
Antenas. A. Cardama, L. Jofre, J.M. Rius, J. Romeu, S. Blanch, M. Ferrando. Edicions UPC
ISBN 84-8301-625-7
Antenna Theory: Analysis and Design (John Wiley & Sons, 2005) by Constantine A. Balanis
 Introducción a la teoría de antenas (http://www.upv.es/antenas/Documentos_PDF/Notas_cla
se/Tema_1.PDF)
Radiocomunicaciones (http://www.marcombo.com/Radiocomunicaciones_isbn9788426714
497.html) Archivado (https://web.archive.org/web/20171202155416/http://www.marcombo.co
m/Radiocomunicaciones_isbn9788426714497.html) el 2 de diciembre de 2017 en Wayback
Machine., Curso con cientos de preguntas y ejercicios prácticos de autoevaluación para el
diseño práctico de radioenlaces, Francisco Ramos Pascual, 2007.

Véase también
Antena de bocina
Antena de Cuadro
Antena de látigo
Antena de televisión
Antena cúbica
Antena helicoidal
Antena inteligente
Antena Marconi
Antena parabólica
Antena Yagi
Cálculo de antenas
Comunicación inalámbrica
Diexismo
Dipolo (antena)
Espira (antena)
MIMO
Monopolo vertical
Phased array
Spillover (antena)

Notas
1. Eddy L Molina. «On the direct solution of Maxwell’s equations for electromagnetic waves» (ht
tps://fondationlouisdebroglie.org/AFLB-472/aflb472m972.htm). fondationlouisdebroglie.org.
Consultado el 9 de octubre de 2023.
2. "Salvan: Cradle of Wireless, How Marconi Conducted Early Wireless Experiments in the
Swiss Alps", Fred Gardiol & Yves Fournier, Microwave Journal, February 2006, pp. 124-136.
3. http://www.upv.es/antenas/
4. Televés
5. Applied Electromagnetics and Communications, 2003. ICECom 2003. 17th International
Conference

Enlaces externos
Antena Tutorial (http://www.antenna-theory.com/spanish/antena.php)
Open Course Ware: Asignatura de Antenas (https://web.archive.org/web/20080916184305/ht
tp://www.upv.es/entidades/ANTENAS/)
 Tipos de Antenas para Emisoras (https://antenasparaemisoras.com/) Archivado (https://web.
archive.org/web/20200527095800/https://antenasparaemisoras.com/) el 27 de mayo de
2020 en Wayback Machine.
Curso de antenas (http://www.upv.es/antenas)...
Reflectores (http://www.gr.ssr.upm.es/antenas/#Programa)
Applets interactivos para entender los conceptos de Antenas (http://www.analyzemath.com/a
ntennas.html#)
Pasos para construcción de antena casera para WiFi (https://web.archive.org/web/20120624
063024/http://www.axones.com.ar/axones/antenas/yagi-uda.html)

Obtenido de «https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Antena&oldid=155285239»