Las Antenas De La Banda Ancha

Introducción

Al hablar de antenas podemos encontrar una gran variedad de ellas, las cuales se caracterizan por la frecuencia que manejan, la dirección en la que están radiando. En este informe se tratará más al fondo sobre las antenas de banda ancha, las cuales cuentas con una historia que sería interesante tratar y expresar. 

Cuando nuestros profesores de Física nos hablaban de la importancia de esa materia y como ingenieros de Telecomunicaciones considerábamos que no era tan importante en el momento de graduarnos o laborar, pero estamos omitiendo que gran parte de esta materia contribuyo en muchos de los estudios o teorías, no se hablara a fundida de la física o de alguna otra materia vista en la universidad.

Se quiere resaltar que en 1941 Stratton and Chu plantearon la antena Spheroidal o Esferoidal, este estudio se realizó con base en una solución sencilla de las ecuaciones de Maxwell, podemos decir que la estructura base que manejan las antenas de banda ancha se debe en gran parte en la investigación que realizaron. No obstante, la descomposición de estas antenas esferoidales no puede ser aprovechado para antenas usuales de forma arbitraria. En 1943, Schelkunoff planteo la antena Biconical o Biconica, esta también puede ser fácilmente expresada con las ecuaciones de maxwell, este estudio permitió que se aplicara a las antenas de forma general.

Desarrollo

En 1947 una idea de antena banda ancha fue determinado por el laboratorio de investigación la universidad de Harvard. El concepto que se le da fue basado según la línea de transmisión que mientras se va alejando mientras se conserva firme la relación del conductor interno y externo. En 1950 la antena Espiral fue agregada dentro de la clase de antenas autónomas de la frecuencia. La antena Espiral triangular y la antena de Arquímedes son dos de las antenas espirales más conocidas.

En 1982 R.H. Dujamel desarrollo la antena Sinusoidal por lo cual daba doble polarización lineal y un gran ancho de banda en un volumen estrechado y abajo costo. Esta antena presentaba una geometría más compleja que la que tenía la antena Espiral. Esta antena ofrecía doble polarización lineal y ortogonal de manera que logra se usaba distintas polarizaciones o para aquellas antenas con manejo dual. Otra peculiaridad es que los dos pares de salida de los brazos pueden ser juntados para realizar simultáneamente LHCP y RHCP.

En 1992 las antenas de disco monopolo fueron inventadas. Estas antenas desde que se inventaron se hicieron con el propósito de producir un gran ancho de banda con una configuración simple. Circular, elíptica o trapezoidal: Los elementos radiantes se montan de la forma ortogonal al plano de masa y su alimentación está dada por un cable coaxial, estas antenas monopolo su mayor e interesante aplicación se encuentra en ultra ancho de banda UWB.

En 1999 la antena cuatro cuadrados fue diseñada por Virginia Tech Antenna Group VTAG, las anteriores antenas antes mencionadas manejan un ancho de banda grande, en comparación con esta antena que no tiene mucho ancho de banda, pero tiene características muy interesantes que la hacen realmente única como lo es el patrón unidireccional, la polarización dual, geometría compacta. La geometría compacta es una de sus peculiaridades deseables para un array de antenas en fase y de barrido de ancho de banda.

Esta característica del barrido del Array se determina por la distancia de los elementos por lo que la limitación consiste en el tamaño de estos mismos. Para antenas de Banda ancha su banda de operación es muy extensa, haciendo que sea más grande la distancia eléctrica entre los elementos de medida que agrega y aumenta las frecuencias. 

Perfectamente una distancia menor de λ/2 es envidiable sobre la banda de frecuencia. Cuando el volumen del elemento es extenso, el espacio sencillamente supera la distancia λ/2 a muy altas frecuencias, degradándose la peculiaridad del barrido Array. Por este motivo por el tamaño tan reducido de la antena de cuatro cuadrados es muy conveniente para antenas Array de banda ancha

Asimismo el dipolo es una estructura resonante, la preferida o más utilizada es resonante λ/2. Si requiere, o desea aumentar el ancho de banda deberá hacer el radio de sus bazos más gruesos. Si hace esto notara que la frecuencia central de resonancia se traslada hacia valores levemente mas bajos. Con esto se presume una reducida rectificación en la longitud resonante de o de los dipolos.

Al hablar de la impedancia de entrada de un dipolo teniendo en cuenta su resonancia λ/2 de radio demasiado y posiblemente infinitamente tan delgado sería 73+j42 ohm. Para lograr eliminar esa parte imaginaria de esa impedancia, lo que se hace es colocar la longitud un poco meno. Antena Esferoidal: Como ya mencionamos anteriormente, Stratton and Chu en 1941 presentaron soluciones que no solo servían para antenas esferoidales, también esas soluciones servían para antenas esferoidales alargadas.

La figura 1 demuestra la evolución que se tiene desde un dipolo esfera a un dipolo delgado de hilo fino. Se acepta simetría axial, y la tensión de excitación es adaptada por medio de un gap en el centro. Para un conductor esférico no existe un lugar en donde la reactancia de entrada es cero; siempre existirá componente capacitivo. Cabe notar que es evidente que las antenas que son más grandes hacen que la curva de impedancia sea más amplia y por este motivo va a ofrecer mayor ancho de banda.

Stratton and Chu determinaron que las peculiaridades de la antena esferoidal son muy semejante en naturaleza, pero muy distintos en magnitud respectos a la consecuencia o resultados de la esfera. Stratton and Chu encontraron que una gran excentricidad gran relación longitud-diámetro origina sólidas resonancias en contraste con la extensa resonancia de la esfera.

Conclusión

Recuerda cuando mencionamos que la reactancia cero sucedía cuando la longitud de la antena es levemente menor que λ/2 para los hilos largos y finos con respecto a 0.49 λ o por el 98% de la longitud de la antena. No obstante, para los hilos más anchos esa reactancia cero podría ocurrir en el momento en que la longitud de la antena fuera más grande que λ/2. 

Antena Biconical o Biconica: Para esta antena podemos dejar como concepto la base de que un cable más grueso nos ofrece mayor ancho de banda de impedancia que la que ofrece una antena dipolo de hilo fino. Antena Discono: Kandoian en 1945 implemento una variación de la antena Biconia finita, llamada antena Discono, en el cual un plano de tierra que tiene forma de disco es empleado en muchos tipos de aplicaciones. Antena Bow-Tie o pajarita: Esta antena es una versión plana que se desarrolló basada en la antena Biconica infinita. La Bow-Tie.