¿Qué es la resonancia de antena?

Las antenas de radio tienen un ancho de banda sobre el cual pueden funcionar eficazmente; Incluso antenas de banda ancha. Muchas antenas funcionan en modo resonante y esto les da un ancho de banda relativamente estrecho sobre el cual pueden proporcionar un rendimiento excelente.

Una antena es una forma de circuito sintonizado que consta de inductancia y capacitancia y, como resultado, tiene una frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia se produce en el punto donde las reactancias capacitiva e inductiva se cancelan entre sí. En este punto la antena parece puramente resistiva, siendo la resistencia una combinación de la resistencia a las pérdidas y la resistencia a la radiación.

La capacitancia y la inductancia de una antena de RF están determinadas por sus propiedades físicas y el entorno donde se encuentra la antena. La característica principal del diseño de la antena son sus dimensiones. Se ha descubierto que cuanto más grande es la antena o, más estrictamente, los elementos de la antena, menor es la frecuencia de resonancia.

Por ejemplo, las antenas para televisión terrestre UHF tienen elementos relativamente pequeños, mientras que las de transmisión de sonido FM en VHF tienen elementos más grandes que indican una frecuencia más baja. Las antenas para aplicaciones de onda corta son aún más grandes.

 

Ancho de banda de impedancia

La característica de impedancia de la antena y el ancho de banda son particularmente importantes cuando se trata de transmisores de radio. Si la impedancia varía de manera que se obtiene una mala coincidencia de impedancia entre el alimentador y la antena misma, esto dará como resultado un alto nivel de potencia que se reflejará desde la antena hacia el transmisor.

La potencia se refleja y genera ondas estacionarias cuando las impedancias del alimentador y de la carga no coinciden. La potencia se refleja cuando las impedancias del alimentador y de la carga no coinciden. Si el nivel de potencia reflejada es alto, esto puede causar daños en la etapa de salida del transmisor si no hay protección. Puede destruir totalmente los dispositivos de salida si el nivel de VSWR es tan alto que el voltaje pico supera la capacidad de los dispositivos.

En vista de este riesgo significativo, la mayoría de los transmisores emplean circuitos de protección. Esto reduce la potencia de salida del transmisor en presencia de un alto nivel de VSWR, de modo que la potencia reflejada no sea tan alta como para causar daños. El resultado es que operar un transmisor con un alto nivel de potencia reflejada puede reducir la potencia del transmisor y, por lo tanto, su eficacia. También pueden surgir otros problemas.

Para fines de recepción, el rendimiento de la antena es menos crítico en algunos aspectos. Puede funcionar fuera de su ancho de banda normal sin temor a dañar el equipo. Incluso una longitud aleatoria de cable captará señales y es posible recibir varias estaciones distantes. Sin embargo, para obtener la mejor recepción, es necesario garantizar que el rendimiento del diseño de la antena de RF sea óptimo.

En términos del funcionamiento de la antena y su especificación para el ancho de banda de impedancia, una forma de especificar esto es trazar la relación de ondas estacionarias. El ancho de banda para el cual se obtiene una ROE o ROE variable aceptable se considera entonces como el ancho de banda operativo.

Normalmente, el ancho de banda operativo puede ser un ancho de banda entre el cual el VSWR máximo sea menor que 2:1, o cualquier otro límite elegido.  Para aumentar el ancho de banda de una antena se pueden tomar varias medidas. Una de ellas es el uso de conductores más gruesos. Otra es el tipo de antena que se utilice. Por ejemplo, un dipolo plegado tiene un ancho de banda mayor que uno no plegado. De hecho, si observamos una antena de televisión estándar, es posible ver que ambas características están incluidas.

También es posible utilizar diseños de antena de banda ancha, como antenas disconoidales o antenas logarítmicas periódicas. Ambos tipos de antenas son de banda ancha y funcionan en un ancho de banda amplio. Sin embargo, los tipos de antena de banda ancha pueden no satisfacer los requisitos del sistema de radio que se esté utilizando y, por lo tanto, puede ser necesario considerar el ancho de banda en términos de otros factores.

 

Patrón de radiación y ancho de banda de ganancia

Otra característica de una antena que cambia con la frecuencia es su diagrama de radiación. En el caso de una antena direccional o de haz, esto es especialmente notable.

A veces, los parámetros clave asociados con el rendimiento direccional de la antena pueden verse afectados por la frecuencia. En particular, la ganancia directa puede verse afectada negativamente en un ancho de banda determinado. Para antenas direccionales o de haz como la Yagi, el ancho de banda del patrón de radiación se define como el rango de frecuencia en el que la ganancia del lóbulo principal está a 1 dB de su máximo. Otro parámetro que se ve afectado es la relación de adelante hacia atrás. Se trata de la relación entre la señal en la dirección de avance y la señal en la dirección de retorno. Esto puede ser importante en algunas situaciones en las que la interferencia es un problema y es necesario minimizar la recepción de señales en la dirección de retorno.

La relación de frente a fondo caerá rápidamente fuera de un ancho de banda determinado, y lo mismo ocurrirá con la ganancia. En una antena como una Yagi, esto se debe a una reducción de las corrientes en los elementos parásitos a medida que la frecuencia de funcionamiento se aleja de la resonancia.

Para muchas antenas de haz, especialmente las de alta ganancia, se encontrará que el ancho de banda de impedancia es más amplio que el ancho de banda del patrón de radiación, aunque los dos parámetros están interrelacionados en muchos aspectos.

El ancho de banda de la antena es un aspecto clave para cualquier antena de radio. Si bien la mayoría de las antenas funcionan en modo resonante, muchas otras no lo hacen. Cualquiera que sea la antena de radio, tiene una banda limitada en la que puede funcionar de manera efectiva y dentro de los parámetros establecidos para ella.

Al comprender el ancho de banda de la antena, y también las razones de las especificaciones de ancho de banda para una antena en particular, ya sea VSWR, ganancia u otro factor, es posible elegir la antena para cumplir con sus requisitos operativos reales y obtener el mejor rendimiento para una situación determinada.