miniatura|160px|Antena de onda curta "Cortina", Moosbrunn, Austria miniatura|160px|Antena para comunicacións por satélite en banda-C de 15 m de diámetro. Unha antena é un dispositivo (condutor metálico) deseñado co obxectivo de emitir ou recibir ondas electromagnéticas polo espazo libre. Unha antena transmisora transforma voltaxes en ondas electromagnéticas, e unha receptora realiza a función inversa.
Existe unha gran diversidade de tipos de antenas. Nuns casos deben expandir no posible a potencia radiada, é dicir, non deben ser directivas (exemplo: unha emisora de radio comercial ou unha estación base de teléfonos móbiles), outras veces deben selo para canalizar a potencia nunha dirección e non interferir noutros servizos (antenas entre estacións de radioenlaces). Tamén é unha antena a que está integrada nos computadores para conectarse ás redes Wi-Fi.
As características das antenas dependen da relación entre as súas dimensións e a lonxitude de onda do sinal de radiofrecuencia transmitido ou recibido. Se as dimensións da antena son moito máis pequenas que a lonxitude de onda as antenas denomínanse elementais, se teñen dimensións da orde de media lonxitude de onda chámanse resoantes, e se o seu tamaño é moito maior que a lonxitude de onda son directivas.
Parámetros dunha antena
As antenas caracterízanse por unha serie de parámetros, estando os máis habituais descritos a continuación:
Diagrama de radiación
É a representación gráfica das características de radiación dunha antena, en función da dirección (coordenadas en acimut e elevación). O máis habitual é representar a densidade de potencia radiada, aínda que tamén se poden encontrar diagramas de polarización ou de fase. Atendendo ao diagrama de radiación, podemos facer unha clasificación xeral dos tipos de antena e podemos definir a directividade da antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional,…) Dentro dos diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa a radiación da antena coa polaridade desexada e contrapolar o diagrama de radiación con polaridade contraria á que xa ten.
miniatura|Diagrama de radiación
Os parámetros máis importantes do diagrama de radiación son:
Dirección de apuntamento: é a da máxima radiación. Lóbulo principal: é a marxe angular arredor da dirección da máxima radiación. Lóbulos secundarios: son o resto dos máximos relativos, de valor inferior ao principal. Ancho de feixe: é a marxe angular das direccións nas que o diagrama de radiación dun feixe toma un valor de 3 dB por debaixo do máximo. É dicir, a dirección na que a potencia radiada se reduce á metade. Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): é o cociente en dB entre o valor máximo do lóbulo principal e o valor máximo do lóbulo secundario. Relación diante-atrás (FBR): é o cociente en dB entre o valor de máxima radiación e o da mesma dirección e sentido oposto.
Ancho de banda É a marxe de frecuencias na cal os parámetros da antena cumpren unhas determinadas características. Pódese definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia ou doutros parámetros.
Directividade
A directividade (D) dunha antena defínese como a relación entre a intensidade de radiación dunha antena na dirección do máximo e a intensidade de radiación dunha antena isotrópica que radia coa mesma potencia total.
A directividade non ten unidades e adóitase expresar en unidades logarítmicas (dBi) como:
Ganancia
Refírese á ganancia de potencia na dirección de máxima radiación. A ganancia (G) prodúcese polo efecto da directividade ao concentrarse a potencia nas zonas indicadas no diagrama de radiación.
A unidade de ganancia (G) dunha antena é o dBd ou dBi, dependendo se esta se define respecto a un dipolo de media onda ou á isotrópica.
Eficiencia Relación entre a potencia radiada e a potencia entregada á antena.
Tamén se pode definir como a relación entre ganancia e directividade.
O parámetro e (eficiencia) é adimensional.
Impedancia de entrada
É a impedancia da antena nos seus terminais. É a relación entre a tensión e a corrente de entrada. . A impedancia é un número complexo. A parte real da impedancia denomínase resistencia de antena e a parte imaxinaria é a reactancia.
A resistencia de antena é a suma da resistencia de radiación e a resistencia de perdas. As antenas denomínanse resoantes cando se anula a súa reactancia de entrada.
Anchura de feixe
É un parámetro de radiación, ligado ao diagrama de radiación. Pódese definir o ancho de feixe a -3 dB, que é o intervalo angular no que a densidade de potencia radiada é igual á metade da potencia máxima (na dirección principal de radiación). Tamén se pode define o ancho de feixe entre ceros, que é o intervalo angular do feixe principal do diagrama de radiación, entre os dous ceros adxacentes ao máximo.
Polarización
As antenas crean campos electromagnéticos radiados. Defínese a polarización electromagnética nunha determinada dirección, como a figura xeométrica que traza o extremo do vector campo eléctrico a unha certa distancia da antena, ao variar o tempo. A polarización pode ser linear, circular e elíptica. A polarización linear pode tomar distintas orientacións (horizontal, vertical, +45º, -45º). As polarizacións circulares ou elípticas poden ser a dereitas ou esquerdas (dextroxiras ou levoxiras), segundo o sentido de xiro do campo (observado afastándose desde a antena).
No marco das antenas defínese un coeficiente de desacoplo por polarización. Este mide a cantidade de potencia que é capaz de recibir unha antena polarizada dunha forma cunha lonxitude efectiva dun campo eléctrico incidente cunha determinada polarización . Deste modo, o coeficiente de desacoplo por polarización defínese como:
Desta maneira, obtemos a fracción de potencia que finalmente a antena é capaz de recibir, multiplicando a potencia incidente na antena por este coeficiente definido anteriormente, da forma:
Chámase diagrama copolar o diagrama de radiación coa polarización desexada e diagrama contrapolar (crosspolar, en inglés) o diagrama de radiación coa polarización contraria.
Relación Diante/Atrás (Front/Back) Este parámetro defínese como a relación existente entre a máxima potencia radiada nunha dirección xeométrica e a potencia radiada na dirección oposta a esta.
Cando esta relación é reflectida nunha gráfica con escala en dB, a proporción F/B (Front/Back) é a diferenza en dB entre o nivel da máxima radiación e o nivel de radiación a 180 graos. Este parámetro é especialmente útil cando a interferencia cara a atrás é crítica na elección da antena que imos utilizar.
Esta relación, ademais podémola ver desde outro punto de vista, indicando o boa que é a antena no rechazo dos sinais provenientes da parte traseira. Rara vez é verdadeiramente importante, xa que as interferencias pola parte traseira non ocorren habitualmente, pero pode suceder.
A relación F / B non é un número moi útil, xa que a miúdo varía enormemente dun canal a outro. Por suposto, se se ten o patrón de radiación, entón non se necesita a relación F/B.
Comparando unha antena Yagui cunha parabólica, podemos ver que para a antena Yagui temos unha relación F/B de aproximadamente 15 dB (segundo modelo e fabricante) mentres que para a parabólica a relación F/B é >35 dB (segundo modelo e fabricante). Desta forma observamos como é "de boa" unha antena respecto ao rexeitamento de sinais pola parte traseira. Canto maior sexa este parámetro nas antenas parabólicas, mellor será.
Os 15 dB da antena Yagui podémolos interpretar tamén como a atenuación que teríamos no sistema, en caso de captar unha onda rebotada por exemplo nun edificio, pola parte traseira desta.
Resistencia de radiación
Cando se lle subministra potencia a unha antena, parte dela irrádiase e outra parte, convértese en calor, disipándose. Cando se fala de resistencia de radiación, faise tendo en conta que non se pode medir de forma directa.
Se se substitúe a antena pola resistencia de radiación, esta, faría o seu traballo, é dicir, disiparía a mesma cantidade de potencia que a que irradiaría a antena. A resistencia de radiación é igual á relación da potencia radiada pola antena dividida polo cadrado da corrente no seu punto de alimentación.
Sendo: Rr= Resistencia de radiación (ohms) P = Potencia radiada pola antena (watts) i = Corrente da antena no punto de alimentación (amperes)
Poderíase obter a eficiencia dunha antena, dada que é a relación da potencia radiada e a potencia disipada.
Clasificación clásica das antenas
Existen tres tipos básicos de antenas: antenas de fío, antenas de apertura e antenas planas. Así mesmo, as agrupacións destas antenas (arrays) acostúmanse considerar como outro tipo básico de antena.
Antenas de fío As antenas de fío son antenas que teñen como elementos radiantes condutores de fío de sección desprezable respecto á lonxitude da onda de traballo. "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. As dimensións adoitan ser como máximo dunha lonxitude de onda. Utilízanse extensamente nas bandas de MF, HF, VHF e UHF. Pódense encontrar agrupacións de antenas de fío. Exemplos de antenas de fío son: O monopolo vertical O dipolo e a súa evolución, a antena Yagi A antena espira A antena helicoidal é un tipo especial de antena que se usa principalmente en VHF e UHF. Un condutor describe unha hélice, conseguindo así unha polarización circular.
As antenas de fío analízanse a partir das correntes eléctricas dos condutores.
Antenas de apertura As antenas de apertura son aquelas que utilizan superficies ou aperturas para direccionar o feixe electromagnético de forma que concentran a emisión e recepción do seu sistema radiante nunha dirección. A máis coñecida e utilizada é a antena parabólica, tanto en enlaces de radio terrestres como de satélite. A ganancia de ditas antenas está relacionada coa superficie da parábola, a maior tamaño, maior colimación do feixe teremos e polo tanto maior directividade.
O elemento radiante é o alimentador, que pode iluminar de forma directa a parábola ou de forma indirecta mediante un subreflector. O alimentador está xeralmente localizado no foco da parábola. O alimentador, en si mesmo, tamén é unha antena de apertura (denomínanse antenas de bouina) que pode utilizarse sen reflector, cando o obxectivo é unha cobertura máis ampla (e.g. cando se pretende cubrir a totalidade da superficie da terra desde un satélite en órbita xeoestacionaria).
Pódese calcular a directividade deste certo tipo de antenas, , coa seguinte expresión, onde é a área e é a lonxitude de onda:
miniatura|Reflectores parabólicos
Hai varios tipos de antenas de apertura, como a antena de bucina, a antena parabólica, a antena parabólica do Radar Doppler e superficies reflectoras en xeral.
Antenas planas Un tipo particular de antena plana son as antenas de apertura sintética, típicas dos radares de apertura sintética (SAR).
Antenas de Array miniatura|Antena de Array As antenas de array están formadas por un conxunto de dúas ou máis antenas idénticas distribuídas e ordenadas de tal xeito que no seu conxunto se comportan como unha única antena cun diagrama de radiación propio.
A característica principal dos arrays de antenas é que o seu diagrama de radiación é modificable, podéndose adaptar a diferentes aplicacións/necesidades. Isto conséguese controlando de maneira individual a amplitude e fase do sinal que alimenta a cada un dos elementos do array.
Atendendo a distribución das antenas que compoñen un array podemos facer a seguinte clasificación:
Arrays lineares: os elementos están dispostos sobre unha liña. Arrays planos: os elementos están dispostos bidimensionalmente sobre un plano. Arrays conformados: os elementos están dispostos sobre unha superficie curva.