Resonancia y ancho de banda de antena

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Las antenas de radio tienen un cierto ancho de banda sobre el que pueden trabajar, y la mayoría operan en un modo resonante.

Las antenas de radio tienen un ancho de banda sobre el que pueden operar eficazmente; incluso antenas de banda ancha. Muchas antenas operan en un modo resonante y esto les da un ancho de banda relativamente estrecho sobre el que son capaces de proporcionar un excelente rendimiento.

La resonancia de antena y el ancho de banda son dos propiedades para antenas que están estrechamente vinculadas.

Ya sea que la antena de radio se utilice para radiodifusión, recepción de televisión y radio, WLAN, telecomunicaciones celulares, PMR, radioaficionados o cualquier otra aplicación, el rendimiento de la antena es primordial. En esto, la frecuencia de resonancia de la antena y el ancho de banda de la antena son de gran importancia.

Resonancia de antena

Una antena de radio es una forma de circuito sintonizado que consiste en inductancia y capacitancia, y como resultado tiene una frecuencia resonante. Esta es la frecuencia en la que las reactancias capacitivas e inductivas se cancelan entre sí. En este punto, la antena parece puramente resistiva, siendo la resistencia una combinación de la resistencia a la pérdida y la resistencia a la radiación.

Variación de la impedancia de la antena que muestra regiones capacitivas e inductivas
Variación de la impedancia de la antena

La capacitancia e inductancia de una antena de RF están determinadas por sus propiedades físicas y el entorno donde se encuentra. La característica principal del diseño de la antena son sus dimensiones. Se encuentra 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 para la radiodifusión sonora VHF FM 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 antena

El ancho de banda de una antena se rige por si es capaz de operar dentro de los parámetros requeridos para esa aplicación en particular. En algunos escenarios, la impedancia puede ser un problema, en otros puede ser ganancia o ancho de haz. De esta manera hay varias maneras en las que se puede juzgar el rendimiento del ancho de banda de una antena.

En la mayoría de los casos, la antena se opera alrededor del punto resonante. Esto significa que solo hay un ancho de banda limitado sobre el cual un diseño de antena de RF puede operar de manera eficiente. Fuera de esto, los niveles de reactancia aumentan a niveles que pueden ser demasiado altos para un funcionamiento satisfactorio. Otras características de la antena también pueden verse afectadas lejos de la frecuencia de funcionamiento central.

El ancho de banda de la antena es particularmente importante en lo que respecta a los transmisores de radio, ya que pueden producirse daños al transmisor si la antena funciona fuera de su rango de operación y el transmisor de radio no está adecuadamente protegido. Además de esto, la señal radiada por la antena de RF puede ser menor por una serie de razones.

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

Ancho de banda de impedancia

Una característica importante de una antena de radio que cambia con la frecuencia es su impedancia. Esto a su vez puede hacer que la cantidad de potencia reflejada aumente. Si la antena de radio se utiliza para transmitir, puede ser que más allá de un nivel dado de potencia reflejada se pueda causar daños al transmisor o al alimentador, y es muy probable que este sea un factor que limite el ancho de banda operativo de una antena. Hoy en día, la mayoría de los transmisores tienen algún tipo de circuito de protección SWR que evita daños al reducir la potencia de salida a un nivel aceptable a medida que aumentan los niveles de potencia reflejada. Esto a su vez significa que la eficiencia de la estación se reduce fuera de un ancho de banda dado. En lo que respecta a la recepción, los cambios de impedancia de la antena no son tan críticos como significarán que la transferencia de señal de la propia antena al alimentador se reduce y, a su vez, la eficiencia disminuirá. Para la operación amateur, las frecuencias por debajo de las cuales se produce una cifra máxima de SWR de 1,5:1 a menudo se toman como el ancho de banda aceptable.

Para aumentar el ancho de banda de una antena hay una serie de medidas que se pueden tomar. Uno es el uso de conductores más gruesos. Otro es el tipo real de antena utilizada. Por ejemplo, un dipolo plegado tiene un ancho de banda más ancho de banda que uno no plegado. De hecho, mirando una antena de televisión estándar, es posible ver ambas características incluidas.

Patrón de radiación

Otra característica de una antena que cambia con la frecuencia es su patrón de radiación. En el caso de una viga es particularmente notable. En particular, la relación delantera-trasada se caerá rápidamente fuera de un ancho de banda dado, al igual que la ganancia. En una antena como un Yagi esto es causado por una reducción de las corrientes en los elementos parásitos a medida que la frecuencia de operación se aleja de la resonancia. Para antenas de haz como el Yagi, el ancho de banda del patrón de radiación se define como el rango de frecuencias sobre el cual la ganancia del lóbulo principal está dentro de 1 dB de su máximo.

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 problema clave para cualquier antena de radio. Mientras que la mayoría de las antenas se operan en un modo resonante, muchas otras no lo son. Cualquiera que sea la antena de radio, tiene una banda limitada sobre la que puede operar eficazmente y dentro de los parámetros establecidos para ella.

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