Antenas y Guías de Ondas

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SISTEMAS DE COMUNICACIONES
Módulo 2:
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN (Parte 3)
Tema: Antenas y Guías de Ondas
Ing. Gonzalo Verdaguer
Ultima revisión: 14/05/2020

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TABLA DE CONTENIDOS
TABLA DE CONTENIDOS.............................................................................................................................2
INTRODUCCIÓN .........................................................................................................................................3
EMISIÓN Y RECEPCIÓN...............................................................................................................................5
PARÁMETROS DE UNA ANTENA ................................................................................................................6
DIAGRAMAS (PATRONES) DE RADIACIÓN ............................................................................................6
PRINCIPIO DE RECIPROCIDAD...............................................................................................................7
ANCHO DEL HAZ ...................................................................................................................................8
DENSIDAD DE POTENCIA RADIADA ......................................................................................................9
DIRECTIVIDAD Y GANANCIA................................................................................................................10
IMPEDANCIA DE ENTRADA.................................................................................................................11
EFICIENCIA O RENDIMIENTO ..............................................................................................................13
POLARIZACIÓN....................................................................................................................................13
DESADAPTACIÓN DE POLARIZACIÓN..................................................................................................14
RELACIÓN DE GANANCIA ADELANTE/ATRÁS......................................................................................15
ANTENA ISOTRÓPICA...............................................................................................................................16
MODELOS DE ANTENAS...........................................................................................................................16
ANTENAS N-POLO...............................................................................................................................16
ANTENA DIPOLO, ANTENA FUNDAMENTAL O ANTENA DE HERTZ ....................................................17
DIMENSIONES DE LA ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA...................................................................22
ANTENAS YAGI....................................................................................................................................23
ANTENA HELICOIDAL ..........................................................................................................................23
ANTENAS DE APERTURA (O BOCINAS)................................................................................................24
ANTENAS PLANAS...............................................................................................................................25
ANTENAS CON REFLECTOR (PARABÓLICAS) .......................................................................................26
ARRAYS O ARREGLOS DE ANTENAS....................................................................................................29
ANTENAS INTELIGENTES o BEAMFORMING.......................................................................................32
GUIAS DE ONDAS.....................................................................................................................................34
PROPAGACIÓN POR GUIAS DE ONDAS....................................................................................................35
TIPOS DE GUIAS DE ONDAS .....................................................................................................................37
Guías de Onda Elíptica:.......................................................................................................................37
Guías de Onda Circulares....................................................................................................................37
Guías de Ondas Rectangulares. ..........................................................................................................38
Guía de Onda Acanalada ....................................................................................................................40
Guías de Onda Flexibles......................................................................................................................40
INSTALACIÓN ...........................................................................................................................................41
Montaje ..............................................................................................................................................41
Aterramiento ......................................................................................................................................41
Presurización ......................................................................................................................................41
IMÁGENES DE GUÍA DE ONDAS ...............................................................................................................42
ATENUADORES.........................................................................................................................................44
SIMULADORES .........................................................................................................................................46
FUENTES...................................................................................................................................................47

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INTRODUCCIÓN
Para recibir o emitir señales radioeléctricas a través de un medio aéreo son necesarios unos dispositivos
especiales, denominados antenas, de los que hay muchos tipos y variedades, que dependiendo de sus
características constructivas tendrán mayor o menor ganancia y directividad, así como soportarán unas
bandas u otras de frecuencia.
Una antena es un dispositivo, o conductor metálico con el objetivo de emitir y/o recibir ondas
electromagnéticas hacia/desde el espacio libre. Una antena transmisora transforma corrientes
eléctricas en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. En el caso de que las
antenas estén conectadas por medio de guía ondas, esta función de transformación se realiza en el
propio emisor o receptor. Se utilizan en la radio, televisión, teléfonos móviles, routers inalámbricos,
mandos remotos, etc., unas veces visibles y otras ocultas en el interior del propio dispositivo.
El elemento radiante (dipolo, bocina, cable o cualquier otro) es capaz, al mismo tiempo, de captar
energía que, tras ser amplificada convenientemente, llega al receptor y puede ser tratada para su
utilización.
Así, pues, en el extremo transmisor de un sistema de radiocomunicaciones, una antena convierte la
energía eléctrica que viaja por una línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se emiten al
espacio. En el extremo receptor, una antena convierte las ondas electromagnéticas en el espacio en
energía eléctrica en una línea de transmisión.
El funcionamiento de una antena lo podemos explicar de acuerdo con la ilustración de ondas
estacionarias en una línea de transmisión:
a) Radiación de línea de transmisión b) Conductores divergentes
(Radiación de una línea de transmisión)

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Se sabe por un lado que en junio de 1752 Benjamin Franklin culminó con éxito el famoso experimento
de su cometa o barrilete, el que llevó a la invención del pararrayos. Esto marcó un hito imprescindible
para el estudio de la recepción de rayos, sin embargo, su cometa no fue hecho con el fin de ser una
antena. Los primeros experimentos que estuvieron relacionados con antenas fueron los que
relacionaron la electricidad y magnetismo gracias a Faraday, el cual midió el campo magnético de una
bobina por medio de un Galvanómetro inducido por el movimiento de un imán. Lo que resultó de
aquello es que la bobina actuó como una antena recibiendo radiación electromagnética y detectada por
el Galvanómetro. Lo curioso es que hasta ese tiempo aún no se tenía un estudio acabado de las ondas
electromagnéticas.
Fue en 1895 cuando Guillermo Marconi, en la Villa Grifone, cerca de Ponecchio de Bolonia, Italia, hizo
las primeras experiencias que constituyeron la primera realización práctica de las ondas
electromagnéticas para transmitir señales a distancias, y en 1895 construyó un emisor según el modelo
creado por Hertz. Ahora bien, cuando se expone este hecho de importancia científico-técnica tan
trascendental, se dice generalmente con sencillez, con extrema sencillez, que Guillermo Marconi logró
su intento aprovechando en la transmisión las ondas electromagnéticas, que habían sido ya descubiertas
por Hertz en el 1885 y que habían sido también estudiadas sucesivamente, mediante investigaciones
experimentales plenamente satisfactorias por Righi, que estudió la óptica de estas ondas, verificando en
ellas las leyes y los fenómenos de la reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización
reconociéndolas de la misma naturaleza de la luz.
Pero la polémica estalló cuando el físico ruso Aleksandr Popov presentó ese mismo año, ante una
audiencia considerable de científicos de la Universidad de San Petersburgo, un receptor de ondas de
radio muy similar al de Marconi. Aunque parece probado que Marconi realizó su demostración días
antes que la de Popov, el Gobierno ruso sigue al día de hoy reclamando la paternidad del invento.
En lo que se refiere a la recepción, se dice que Marconi aprovechó del revelador de ondas
electromagnéticas ya inventado por Calzecchi Onesti, el cual había demostrado en una serie de
interesantes experiencias que las limaduras metálicas no conductoras contenidas en un tubito de vidrio
se vuelven conductoras bajo la influencia de extracorrientes, vibraciones sonoras, etc.
Se dice, además, que Marconi introdujo simplemente, tanto en el aparato transmisor, como en el
aparato receptor un nuevo dispositivo, la Antena y la Tierra, sin aclarar explícitamente la fundamental
importancia de esta innovación absolutamente Marconiana, sin la cual no se habrían aprovechado
nunca prácticamente las ondas Hertzianas, ni tenido la posibilidad de la transmisión de las ondas
electromagnéticas a grandes distancias.
En 1909, Guillermo Marconi fue galardonado con el Premio Nobel de Física, que compartió con el físico
alemán Carl Ferdinand Braun, por su contribución a las comunicaciones por radio. La empresa que fundó
a principios del siglo XX jugaría un importante papel en los rescates marítimos, y en especial en el de dos
naufragios emblemáticos, el de del Titanic el 15 de abril de 1912 y el del Lusitania el 7 de mayo de 1915.

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Esto contribuyó a que la población tomara conciencia de la importancia de la radio en el caso de
catástrofes de esta magnitud. En palabras del presidente de la naviera White Star, a la que pertenecía
el Titanic, Joseph Bruce Ismay (que también viajaba en el barco cuando tuvo lugar el naufragio): "Los
pasajeros del Titanic que se han salvado, se han salvado gracias a un solo hombre, el señor Guillermo
Marconi y su maravilloso invento".
EMISIÓN Y RECEPCIÓN
El origen de las ondas electromagnéticas se basa en el hecho de que toda carga eléctrica en movimiento
emite energía en forma de onda electromagnética, siendo la frecuencia de esta onda la misma que la
del movimiento de la carga.
Un campo electromagnético se caracteriza por su frecuencia o longitud de onda y su intensidad
(potencia), así como por la polarización (variación con el tiempo de la dirección de la intensidad de
campo en un punto determinado del espacio) y la modulación empleada. Tanto la Intensidad de campo
eléctrico (E) como la Intensidad de campo magnético (H) son magnitudes vectoriales, función de la
posición y del instante, que se relacionan con las fuerzas electrostáticas y electromagnéticas y se miden
en voltios/metro y amperios/metro (o su equivalente en teslas). Para su medición se emplea un sensor
(sonda) apropiado, capaz de detectar ambos campos y reflejar el valor de su intensidad en la escala del
aparato de medición, que se puede relacionar con la densidad de potencia en el punto, mediante una
fórmula matemática. No toda la potencia que se entrega a una antena se irradia, pues parte de ella se
convierte en calor y se disipa.
A la hora de estudiar las antenas, sus diferentes tipos y el modo en el que consiguen la propagación o
recepción de las ondas electromagnéticas, es conveniente presentar el concepto de “campo cercano” y
de “campo lejano”.
CAMPO CERCANO Y LEJANO
El término campo cercano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo
lejano (también conocido como zona de Fraunhofer) se refiere al patrón de campo que está a gran
distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la
potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia
que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor
guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia
que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo
lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general, es la más importante de
las dos; por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo
lejano.

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Es decir:
El campo cercano debe ser para br<<1
El campo lejano debe ser para br>>1
Donde:
r es la distancia de la antena al punto P de observación del campo y
b para el espacio libre es 2π/λ , donde λ es la longitud de la onda
PARÁMETROS DE UNA ANTENA
DIAGRAMAS (PATRONES) DE RADIACIÓN
Las antenas son un componente muy importante de los sistemas de comunicación. Por definición, una
antena es un dispositivo utilizado para transformar una señal de RF que viaja en un conductor, en una
onda electromagnética en el espacio abierto. La mayoría de las antenas son dispositivos resonantes (o
sistemas acoplados), que operan eficientemente sólo en una banda de frecuencia relativamente baja.
Una antena debe ser sintonizada en la misma banda que el sistema de radio al que está conectada, para
no afectar la recepción y transmisión. Cuando se alimenta la antena con una señal, emitirá radiación
distribuida en el espacio de cierta forma.
El diagrama o patrón de radiación es la representación gráfica de la forma en que la energía
electromagnética se distribuye en el espacio. El diagrama puede ser obtenido por la colocación de una
antena fija de prueba en relación a un entorno donde se está midiendo el diagrama, también por la
rotación de la antena en torno a sus ejes, donde las señales enviadas son recibidas en un receptor capaz
de discriminar con precisión la frecuencia y las potencias recibidas. Se puede representar esta medición
en forma cartesiana o polar.
La representación polar se hace mediante el trazado de segmentos proporcionales a una magnitud de
referencia (módulo) y un ángulo que nos da la dirección respecto a una semirrecta de referencia
(argumento). Los resultados obtenidos son generalmente normalizados. El valor máximo de la señal
recibida para 0 dB de referencia facilita la interpretación de los lóbulos secundarios en relación al frente
de los bordes.

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(Diagrama de radiación de una antena Yagi en coordenadas rectangulares)
(Ejemplos de diagrama de Radiación)
PRINCIPIO DE RECIPROCIDAD
Las características de la antena como ganancia, rango de frecuencias, ancho del haz, eficiencia,
polarización e impedancia son independientes del rol de la antena como transmisora o receptora. Esto
se suele expresar diciendo que las características de transmisión y recepción de una antena obedecen
al principio de reciprocidad.
El concepto de reciprocidad es muy poderoso y se usa muy a menudo.

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Muchas propiedades de una antena son más fáciles de visualizar en términos de una antena receptora
y por reciprocidad se aplican luego a la antena como transmisora y viceversa, lo cual significa que una
antena va a mantener las mismas características sin importar si está transmitiendo o recibiendo, o dicho
de otra manera que las características de una antena transmisora (directividad, ancho de haz,
impedancia, eficiencia, rendimiento, etc.) son equivalente a las de la misma antena, pero actuando como
receptora.
ANCHO DEL HAZ
El ancho del haz de una antena se entiende como ancho del haz a mitad de potencia. Se encuentra en
el pico de intensidad de radiación, luego se localizan los puntos de ambos lados del pico que representan
la mitad de la potencia de intensidad del pico. La distancia angular entre los puntos de mitad de potencia
se define como el ancho del haz. La mitad de la potencia expresada en decibeles es de -3dB, por lo tanto,
algunas veces el ancho del haz a mitad de potencia es referido como el ancho del haz a 3dB.
Generalmente se consideran tanto el ancho de haz vertical como horizontal. Suponiendo que la mayoría
de la potencia radiada no se disperse en lóbulos laterales, entonces la ganancia directiva es
inversamente proporcional al ancho del haz: cuando el ancho del haz decrece, la ganancia directiva se
incrementa.
En la figura de abajo tenemos la distribución de ángulos entre 0º y 360º y en el eje vertical la distribución
de las potencias desde 0 dB (círculo exterior) a -30 dB (centro). Para –3dB el ancho del haz es (360º -
330º + 30º) = 60º. Indica que el ancho del haz a mitad de potencia es de 60º.

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Lóbulos laterales
Ninguna antena es capaz de radiar toda la energía en una dirección preferida. Inevitablemente una parte
de ella es radiada en otras direcciones. Esos picos más pequeños son denominados lóbulos laterales,
especificados comúnmente en dB por debajo del lóbulo principal.
Nulos
En los diagramas de radiación de una antena, una zona nula es aquella en la cual la potencia
efectivamente radiada está en un mínimo. Un nulo a menudo tiene un ángulo de directividad estrecho
en comparación al haz principal. Los nulos son útiles para varios propósitos tales como la supresión de
señales interferentes en una dirección dada.
DENSIDAD DE POTENCIA RADIADA
La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en una
determinada dirección. Las unidades son watios por metro cuadrado.

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La relación entre el módulo del campo eléctrico y el módulo del campo magnético es la impedancia
característica del medio.
Por lo tanto, la densidad de potencia radiada también se puede calcular a partir de las dos componentes
del campo eléctrico:
DIRECTIVIDAD Y GANANCIA
La Directividad es la habilidad de una antena de transmitir enfocando la energía en una dirección
particular, o de recibirla de una dirección particular a una distancia determinada (D). Si un enlace
inalámbrico utiliza locaciones fijas para ambos extremos, es posible utilizar la directividad de la antena
para concentrar la transmisión de la radiación en la dirección deseada. En una aplicación móvil donde la
antena no está fijada a un punto, es imposible predecir dónde va a estar, y por lo tanto la antena debería
radiar en todas las direcciones del plano horizontal. En estas aplicaciones se utiliza una antena
omnidireccional.
La ganancia no es una cantidad que pueda ser definida en términos de una cantidad física como vatios
u ohmios, es un cociente sin dimensión. La ganancia se expresa en referencia a una antena estándar. Las
dos referencias más comunes son la antena isotrópica y la antena dipolo resonante de media longitud
de onda. La antena isotrópica irradia en todas direcciones con la misma intensidad. En la realidad esta
antena no existe, pero provee un patrón teórico útil y sencillo con el que comparar las antenas reales.
Cualquier antena real va a irradiar más energía en algunas direcciones que en otras. Puesto que las
antenas no crean energía, la potencia total irradiada es la misma que una antena isotrópica. Toda
energía adicional radiada en las direcciones favorecidas es compensada por menos energía radiada en
las otras direcciones.

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(Directividad de una antena comparada con una antena isotrópica)
La ganancia de una antena en una dirección dada es la cantidad de energía radiada en esa dirección
comparada con la energía que podría radiar una antena isotrópica en la misma dirección alimentada con
la misma potencia. Generalmente estamos interesados en la ganancia máxima, que es aquella en la
dirección hacia la cual la antena está radiando la mayor potencia. Una ganancia de antena de 3dB
comparada con una isotrópica debería ser escrita como 3dBi. El dipolo resonante de media longitud de
onda puede ser un estándar útil a la hora de compararlo con otras antenas a una frecuencia, o sobre
una banda estrecha de frecuencias. Para comparar el dipolo con una antena sobre un rango de
frecuencias se requiere de un número de dipolos de diferentes longitudes. La ganancia de una antena
comparada con un dipolo debería ser escrita como 3dBd.
El método para medir la ganancia mediante la comparación de la antena bajo prueba con una antena
estándar conocida, de ganancia calibrada, es conocido como técnica de transferencia de ganancia. Otro
método para medir la ganancia es el de las tres antenas, donde la potencia transmitida y recibida en las
terminales de las antenas es medida entre tres antenas elegidas arbitrariamente a una distancia fija
conocida.
IMPEDANCIA DE ENTRADA
Es el cociente entre la tensión aplicada a los terminales de entrada de la antena y la corriente resultante.
Dicha impedancia es en general compleja. La parte real se denomina resistencia de antena y la parte
imaginaria, reactancia de antena; sin embargo, si el punto de alimentación de la antena está en un
máximo de corriente, la componente reactiva resulta despreciable, por lo tanto, la impedancia de
entrada es igual a la suma de la resistencia de radiación más la resistencia de pérdida.

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Si la impedancia no presenta una parte reactiva (entonces es puramente resistiva) a una frecuencia
determinada se dice que es una antena resonante.
Resistencia de radiación
Se define la resistencia óhmica de una antena como la relación entre la potencia disipada por efecto de
pérdidas resistivas y la corriente en sus terminales al cuadrado. La resistencia de radiación es un valor
asignado a una resistencia ficticia cuyo valor es el que tendría una resistencia que disipara la misma
potencia eléctrica entregada por la antena con la misma potencia radiada por la antena.
Por lo tanto, la resistencia de antena la podemos considerar como la suma de la resistencia de radiación
y la resistencia óhmica.
Las pérdidas óhmicas están determinadas por la frecuencia de trabajo. En bajas frecuencias, estas
pérdidas son pequeñas comparadas con la resistencia de radiación y la antena es un radiador muy
eficiente. En altas frecuencias, donde la antena es relativamente corta en relación a su longitud, el suelo
es un componente esencial que forma parte del sistema irradiante. La altura de la antena respecto al
suelo conductor es un factor importante que afecta la resistencia de radiación. Algunas ondas son
reflejadas por el suelo, y al regresar a la antena, inducen corriente cuya magnitud y fase dependen de la
distancia entre la antena y el suelo. Si llegan en fase habrá más radiación y sucede lo contrario si llegan
en oposición de fase.
El resultado es una serie de variaciones respecto al valor R de la resistencia de radiación en el espacio
libre. Como la componente reflejada es la más débil, el rango de fluctuación disminuye a medida que la
antena se separa del suelo. Esta variación es mayor cuando la antena se coloca en posición horizontal.
Esto se puede apreciar el siguiente gráfico.

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La resistencia de radiación para una antena de una longitud igual a un número n de medias longitudes
de onda, se puede determinar a partir de la siguiente expresión matemática.
Zi = 73 + 69 log10 n
Para un dipolo de media onda la resistencia teórica de radiación es de 73 Ohms.
Coeficiente de adaptación o acoplamiento: Las antenas receptoras forman un circuito equivalente con
una impedancia de antena y un generador de tensión. La transferencia de potencia entre la antena y la
carga es máxima cuando ambas impedancias son complejas conjugadas. Se define el coeficiente de
adaptación o acoplamiento como la relación entre la potencia recibida y la potencia que se recibiría en
el caso de máxima transferencia de potencia.
EFICIENCIA O RENDIMIENTO
Es la relación entre la potencia radiada por la antena y la potencia total entregada a la antena para una
frecuencia dada de operación. Se puede considerar que la resistencia total de carga está formada por
dos resistencias en serie, una de valor de R (resistencia de radiación) y otra de valor r que representa la
disipación óhmica de la antena. Será tanto más eficiente cuanto mayor sea la relación Rr/RΩ. En
consecuencia, se puede expresar la eficiencia de la antena en valores porcentuales como:
POLARIZACIÓN
La polarización se define como la orientación del campo eléctrico de una onda electromagnética. En
general la polarización se describe por una elipse. Dos casos especiales de la polarización elíptica son la
polarización lineal y la polarización circular. La polarización inicial de una onda de radio es determinada
por la antena.
Con la polarización lineal, el vector del campo eléctrico se mantiene en el mismo plano todo el tiempo.
El campo eléctrico puede dejar la antena en una orientación vertical, horizontal, o en algún ángulo entre
los dos. La radiación polarizada verticalmente se ve ligeramente menos afectada por las reflexiones en
el camino de transmisión. Las antenas omnidireccionales siempre tienen una polarización vertical. Con
la polarización horizontal, tales reflexiones causan variaciones en la intensidad de la señal recibida. Las
antenas horizontales tienen menos probabilidad de captar interferencias generadas por el hombre,
normalmente polarizadas verticalmente.

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En la polarización circular el vector del campo eléctrico aparece rotando con un movimiento circular en
la dirección de la propagación, haciendo una vuelta completa para cada ciclo de RF. Esta rotación puede
ser hacia la derecha o hacia la izquierda. La elección de la polarización es una de las elecciones de diseño
disponibles para el diseñador del sistema de RF.
(Disposición de los planos vertical y horizontal donde se sitúan los campos E y H respecto al eje longitudinal del
dipolo para una polarización vertical)
DESADAPTACIÓN DE POLARIZACIÓN
Para transferir la máxima potencia entre una antena transmisora y una receptora, ambas antenas deben
tener la misma orientación espacial, el mismo sentido de polarización y el mismo coeficiente axial.
Cuando las antenas no están alineadas o no tienen la misma polarización, habrá una reducción en la
transferencia de potencia entre ambas antenas. Esto va a reducir la eficiencia global y las prestaciones
del sistema.
Cuando las antenas transmisora y receptora están polarizadas linealmente, una desalineación física
entre ellas va a resultar en una pérdida por desadaptación de polarización, que puede ser determinada
utilizando la siguiente fórmula:
Pérdida (dB) = 20 log 10 (cos θ)
...donde θ es la diferencia en el ángulo de alineación entre las dos antenas. Para 15° la pérdida es de
aproximadamente 0.3dB, para 30° perdemos 1.25dB, para 45° perdemos 3dB y para 90° tenemos una
pérdida infinita.

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Resumiendo, cuanto más grande la desadaptación de polarización entre una antena transmisora y una
receptora, más grande la pérdida aparente. En el mundo real, la pérdida debida a una desadaptación en
polarización de 90° es bastante grande pero no infinita. Algunas antenas como las Yagis, o las antenas
de lata, pueden rotarse 90° de forma sencilla para corresponder con la polarización del otro extremo del
enlace. La polarización puede aprovecharse en un enlace punto a punto. Use una herramienta de
monitoreo para observar la interferencia desde redes adyacentes, y rote una antena hasta que se
minimice la señal recibida. Luego instale su enlace utilizando la polarización en la que había medido
interferencia mínima en ambos extremos. Esta técnica puede ser utilizada a veces para construir enlaces
estables, aún en medio ambientes con mucho ruido RF.
ANCHO DE BANDA DE LA ANTENA
Es el intervalo de frecuencias en la cual debe funcionar satisfactoriamente la antena, dentro de las
normas técnicas vigentes a su aplicación. Puede ser descripto en términos de porcentaje respecto a la
frecuencia central de la banda:
fH es la frecuencia más alta de la banda, fL es la frecuencia más baja, y fC es la frecuencia central. De esta
forma, el ancho de banda porcentual es constante respecto a la frecuencia central. Los diferentes tipos
de antenas tienen variadas limitaciones de ancho de banda.
RELACIÓN DE GANANCIA ADELANTE/ATRÁS
A menudo es útil comparar la relación de ganancia adelante/atrás de las antenas direccionales. Esta es
la relación de ganancia entre el lóbulo principal y posterior y está dado por el cociente de la directividad
máxima de una antena con relación a su directividad en la dirección opuesta. Por ejemplo, cuando se
traza el patrón de radiación en una escala relativa en dB, la relación de ganancia adelante/atrás es la
diferencia en dB entre el nivel de radiación máxima en la dirección delantera y el nivel de radiación a
180 grados.
Donde:
Pm: Energía máxima en la dirección de propagación.
Pop: Energía irradiada hacia atrás.

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Este número no tiene sentido para una antena omnidireccional, pero brinda una idea de la cantidad de
potencia dirigida hacia adelante en una antena muy direccional.
ANTENA ISOTRÓPICA
La antena isotrópica es una antena hipotética sin pérdida (se refiere a que el área física es cero y por lo
tanto no hay pérdidas por disipación de calor) que tiene intensidad de radiación igual en todas
direcciones. (IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronic Terms, 1979).
Consiste en antenas cuya radiación de potencia se transmite uniformemente en todas las direcciones.
En este caso el diagrama de radiación se ve como una esfera perfecta. Es importante tener en cuenta
que no es posible obtener este tipo de antena en la práctica, ya que para conseguir radiación en todas
las direcciones por igual es necesario tener una corriente eléctrica concentrada en un punto
adimensional, lo que es físicamente imposible. A pesar de que esta antena no se puede construir en la
realidad, se puede estudiar matemáticamente, y tanto su patrón de radiación, como su ganancia y
directividad, se usan como una escala de comparación en el estudio de otras antenas.
Cada aplicación y cada banda de frecuencia presentan características particulares que dan origen a unos
tipos de antenas especiales muy diversas. Los tipos más comunes de antenas son los que se explican en
el siguiente apartado.
(El patrón de radiación de una antena isotrópica es una esfera)
MODELOS DE ANTENAS
ANTENAS N-POLO
Las antenas de hilo están formadas por hilos conductores, eléctricamente delgados, cuyo diámetros <<
λ. Se modelan como un conductor de sección infinitesimal. Pueden estar formadas por hilos rectos
(dipolos, rombos), espirales (circular, cuadrada o cualquier forma arbitraria) y hélices. En la siguiente
figura se muestran algunos tipos ampliamente empleados en radiocomunicaciones.

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(Distintos tipos de antenas de hilo)
El tipo más común son las antenas de dipolo, se denomina la antena fundamental y es la más sencilla de
todas. El dipolo de media onda o antena de Hertz consiste en un hilo conductor de media longitud de
onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca un generador o una línea
de transmisión. Suelen estar fabricados de aluminio o cobre.
ANTENA DIPOLO (ANTENA FUNDAMENTAL O ANTENA DE HERTZ)
Radiación de dos hilos (conductores)
Consideremos una fuente de tensión eléctrica conectada a una línea de transmisión de dos conductores
que está conectada a una antena. Esto se muestra en la Figura (a) más abajo. La aplicación de una tensión
eléctrica a través de la línea de transmisión de dos conductores crea un campo eléctrico entre los
conductores. Este campo eléctrico tiene asociadas líneas de fuerza eléctrica que son tangentes al campo
eléctrico en cada punto y su fuerza es proporcional a la intensidad del campo eléctrico. Las líneas
eléctricas de fuerza tienden a actuar sobre los electrones libres (fácilmente desmontables de los átomos)
asociados con cada conductor y obligarlos a desplazarse. El movimiento de las cargas crea una corriente
que a su vez crea una intensidad de campo magnético. Asociadas con la intensidad del campo magnético
hay líneas de fuerza magnéticas que son tangentes al campo magnético. Hemos aceptado que las líneas
de campo eléctrico comienzan con cargas positivas y terminan con cargas negativas. También pueden
comenzar con una carga positiva y terminar en el infinito, comenzar en el infinito y terminar en una
carga negativa, o formar bucles cerrados que no comienzan ni terminan con ninguna carga. Las líneas
de campo magnético siempre forman bucles cerrados que rodean los conductores que transportan
corriente porque físicamente no hay cargas magnéticas.
Las líneas de campo eléctrico comienzan con cargas positivas y terminan con cargas negativas. También
pueden comenzar con una carga positiva y terminar en el infinito, comenzar en el infinito y terminar en

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una carga negativa, o formar bucles cerrados que no comienzan ni terminan con ninguna carga. Las
líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados que rodean los conductores que
transportan corriente porque físicamente no hay cargas.
Las líneas de campo eléctrico trazadas entre los dos hilos (conductores) ayudan a exhibir la distribución
de carga. Si suponemos que la fuente de tensión eléctrica es sinusoidal, esperamos que el campo
eléctrico entre los conductores también sea sinusoidal con un período igual al de la fuente aplicada. La
magnitud relativa de la intensidad del campo eléctrico está indicada por la densidad (agrupamiento) de
las líneas de fuerza con las flechas que muestran la dirección relativa (positiva o negativa). La creación
de campos eléctricos y magnéticos que varían en el tiempo entre los conductores forma ondas
electromagnéticas que viajan a lo largo de la línea de transmisión, como se muestra en la siguiente figura
(a).

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Las ondas electromagnéticas entran en la antena y tienen asociadas cargas eléctricas y las corrientes
correspondientes. Si eliminamos parte de b la estructura de la antena, como se muestra en la siguiente
figura, las ondas de espacio libre se pueden formar al "conectar" los extremos abiertos de las líneas
eléctricas (se muestra discontinua). Las ondas de espacio libre también son periódicas, pero un punto
de fase constante P0 se mueve hacia afuera con la velocidad de la luz y recorre una distancia de λ / 2 (a
P1) en el tiempo de la mitad de un período. Se ha demostrado que cerca de la antena, el punto de fase
constante P0 se mueve más rápido que la velocidad de la luz, pero se aproxima a la velocidad de la luz
en puntos muy alejados de la antena (análoga a la velocidad de fase dentro de una guía de onda
rectangular).
Radiación de un dipolo

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Ahora intentemos explicar el mecanismo por el cual las líneas de fuerza eléctricas se separan de la
antena para formar las ondas de espacio libre. Esto se ilustrará nuevamente con un ejemplo de una
antena dipolo pequeña donde el tiempo de viaje es insignificante. Esto solo es necesario para dar una
mejor interpretación física del desprendimiento de las líneas de fuerza. Aunque es un mecanismo algo
simplificado, permite visualizar la creación de las ondas de espacio libre. La figura (c) muestra las líneas
de fuerza creadas entre los brazos de un pequeño dipolo alimentado al centro en el primer trimestre del
período durante el cual la carga ha alcanzado su valor máximo (suponiendo una variación de tiempo
sinusoidal) y las líneas han viajado hacia afuera una distancia radial λ / 4. Para este ejemplo, supongamos
que el número de líneas formadas es tres. Durante el siguiente trimestre del período, las tres líneas
originales viajan un λ / 4 adicional (un total de λ / 2 desde el punto inicial) y la densidad de carga en los
conductores comienza a disminuir. Se puede considerar que esto se logra introduciendo cargas opuestas
que al final de la primera mitad del período han neutralizado las cargas en los conductores. Las líneas
de fuerza creadas por las cargas opuestas son tres y recorren una distancia λ / 4 durante el segundo
trimestre de la primera mitad, y se muestran discontinuas en la figura (d). El resultado final es que hay
tres líneas de fuerza apuntadas hacia arriba en la primera distancia λ / 4 y el mismo número de líneas
dirigidas hacia abajo en la segunda λ / 4. Como no hay carga neta en la antena, entonces las líneas de
fuerza deben haber sido forzadas a desprenderse de los conductores y unirse para formar bucles
cerrados. Esto se muestra en la figura (e). En la segunda mitad restante del período, se sigue el mismo
procedimiento, pero en la dirección opuesta. Después de eso, el proceso se repite y continúa
indefinidamente y se forman patrones de campo eléctrico.

21
Una antena puede ser considerada como una sección de una línea de transmisión de un cuarto, media
o una longitud de onda de largo, dependiendo de la configuración usada.
La antena fundamental es una varilla de metal que tiene una longitud física aproximadamente igual a la
mitad de la longitud de onda en espacio libre a la frecuencia de operación. Una estructura de este tipo
se conoce como "dipolo de media onda". También se la conoce como "antena Hertz" y se define como,
"antena simétrica cuyos dos extremos se hallan a igual potencial respecto del punto medio".
(f) Longitud del dipolo L
La antena fundamental tiene una longitud (L) y está cortada en el centro. Otra de las cosas que
identifican al dipolo de media onda es que es una antena de 0 dB de ganancia.

22
DIMENSIONES DE LA ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA
La mayoría de los sistemas de antena están basados en la antena Hertz o de media onda, cuya longitud
es aproximadamente la mitad de la longitud de onda transmitida, y que está alimentada en los puntos
centrales.
Las siguientes figuras ilustran la configuración y diagramas de radiación en espacio libre de la antena de
media onda. Nótese que los diagramas de radiación en los planos X-Z e Y-Z de la antena están aplanados
en forma de ocho, con un máximo de radiación que se produce a los costados de la antena, mientras
que el diagrama de radiación en el plano X-Y (perpendicular a las varillas de la antena) es
omnidireccional; es decir, igual en todas direcciones.
(Diagramas de radiación de antena de media onda o antena de Hertz)

23
ANTENAS YAGI
Las antenas tipo yagi (directivas), ampliamente utilizadas, por ejemplo, para la recepción de señales de
televisión en la banda de UHF, ya que poseen una gran directividad, tanto mayor cuanto mayor sea el
número de elementos pasivos (directores) que incorpore y así su ganancia es la adecuada para recibir el
nivel de señal suficiente para que pueda ser amplificado sin problemas.
En la siguiente figura podemos ver la imagen de una de ellas, que seguro que nos resultará muy familiar
a todos, ya que es la típica antena de recepción de televisión. Su ganancia y directividad dependerá del
número de elementos reflectores, cuantos más, mejor, y puede cubrir toda la gama de canales de UHF,
desde el 21 al 69.
(Antena Yagi-Uda, para canales UHF 21-69)
La antena Yagi es pues una antena capaz de concentrar la mayor parte de la energía radiada de manera
localizada, aumentando así la potencia emitida hacia el receptor o recibida desde la fuente y evitando
interferencias introducidas por fuentes no deseadas.
ANTENA HELICOIDAL
Es un tipo de antena que presenta un comportamiento de banda ancha. Una hélice es el resultado de
bobinar un hilo conductor sobre un cilindro de diámetro constante. Los parámetros geométricos de
diseño de una hélice son su diámetro, la separación entre dos vueltas o paso de la hélice, el número de
vueltas, el diámetro del hilo y el sentido del bobinado (a derechas o izquierdas).

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(Tipo de antena helicoidal)
Podemos definir una antena periódica-logarítmica como un grupo de antenas dipolos unidas y
alimentadas a través de una línea de transmisión común. Es una antena multibanda y su respuesta en
frecuencia es muy plana, lo que la hace muy interesante en aplicaciones donde el usuario utiliza sistemas
en diferentes bandas (por ejemplo, aplicaciones celulares). Debido a estas características, el coste de
este tipo de antenas es más elevado que el de las mencionadas anteriormente.
El diseño de una antena de este tipo consiste en una figura geométrica básica que se repite, pero con
distintos tamaños. Pueden ser unidireccionales o bidireccionales, y tener una ganancia directiva de baja
a moderada. También se pueden alcanzar altas ganancias usándolas como elementos de una red mas
complicada. Tienen características de banda muy ancha y, por ende, se dice también que son
independientes de la frecuencia.
Cuando una estación transmite una señal, y la antena se apunta en la dirección necesaria para recibir
esa señal, se puede demostrar que sólo uno o dos de los elementos bipolares de la antena reaccionarán
a la frecuencia. Todos los demás elementos serán inactivos a esa frecuencia dada, sin embargo, se harán
activos para algunas otras frecuencias. En otras palabras, para cualquier frecuencia dada que se reciba,
solo se consideran activos uno o dos de los elementos.
ANTENAS DE APERTURA (O BOCINAS)
Consiste en una guía de onda en forma de bocina o cuerno, unido a una antena, que generalmente es
de dipolo o monopolo. Básicamente la antena funciona como un megáfono para el sonido, el dipolo es
el que hace el rol de transmitir (o recibir) la señal, mientras que la guía de onda le proporciona
directividad, lo que a la vez le da una gran ganancia a la antena. La antena de apertura tiene la ventaja
de que tiene un amplio ancho de banda, ya que no tiene elementos resonantes (como los dipolos no
alimentados de la antena Yagi).
Se construyen con chapas de metal de forma cónica para lograr diferentes ángulos de apertura respecto
al vértice y al eje del cono tanto en el plano vertical como en el plano horizontal. En estas antenas, la

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onda radiada se consigue a partir de una distribución de campo soportada por la antena y se suelen
excitar por guías de onda. Son antenas de apertura las bocinas (piramidales o cónicas), las aperturas
sobre planos y ranuras sobre planos conductores y las guías de onda.
En concreto, es una antena que se utiliza de forma generalizada a frecuencias de microondas, por sus
características de gran ancho de banda y por su facilidad de construcción y diseño. Las antenas de
apertura se pueden utilizar como antena individual, en forma de agrupaciones, o como alimentador de
reflectores o lentes. De acuerdo con la forma de la apertura, y pueden ser de dos tipos: piramidal y
cónica. El empleo de reflectores (superficies planas, parabólicas, hiperbólicas, elípticas) permite
optimizar las características de radiación.
ANTENAS PLANAS
Las antenas planas (microstrip) están formadas por un agrupamiento plano de radiadores (parches) y un
circuito que distribuye la señal entre ellos. Su diseño se adecua de forma que la estructura disipe la
potencia en forma de radiación. Ambos, parches y circuito, se fabrican utilizando técnicas de
fotograbado sobre un sustrato dieléctrico laminado en cobre por ambas superficies. Al ser una
tecnología plana, facilita su integración con el resto del sistema, favoreciendo la reducción del tamaño
y peso.
Es un tipo de antena en que la corriente pasa por un conductor rectangular con un ancho muy delgado.
Por lo general el conductor es una placa cuadrada o rectangular con un largo de media longitud de onda
de la señal con la que se alimenta. Son antenas direccionales, donde el ancho de su radiación es
relativamente grande. La gran ventaja de este tipo de antenas es que pueden ser colocadas en circuitos
impresos de forma fácil y barata, por lo que se usan frecuentemente en teléfonos celulares y
computadores portátiles. Presentan la desventaja de su estrecho ancho de banda, pero actualmente
existen numerosos métodos para solventar este inconveniente.

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(Antenas tipo paneles o patch, construidas sobre placas impresas)
ANTENAS CON REFLECTOR (PARABÓLICAS)
Al dipolo irradiante, se colocan elementos adicionales para modificar su direccionalidad. Un ejemplo lo
constituye el reflector parabólico donde la antena se coloca en el foco de la parábola y de esta manera
solo hay radiación en una sola dirección.
En este tipo de antenas la señal emitida/recibida no sale/entra directamente del elemento captador,
sino que se emite/recoge en el mismo una vez reflejada en un elemento pasivo que concentra la señal.
En el caso de una antena receptora, 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 cambio, si se trata de una
antena emisora, las ondas que emanan del foco (dispositivo de emisión) se ven reflejadas y salen en
dirección paralela al eje de la antena. Básicamente, existen tres tipos básicos de antenas con reflector.
Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y una directividad extremadamente altas
y son muy populares para las microondas y el enlace de comunicaciones por satélite. Una antena
parabólica se compone de dos partes principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado
mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación aloja la antena principal (por lo
general un dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo
pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión
concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (frente de
ondas en fase).
Foco Primario o Prime Focus
La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, todas las ondas inciden paralelamente al eje
principal, se reflejan, y van a parar al Foco. El Foco está centrado en el paraboloide. Tiene un rendimiento
máximo del 60% aproximadamente, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el

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60% llega al foco y se aprovecha; el resto no llega al foco y se pierde. Se suelen ver de tamaño grande,
aproximadamente de 1,5 m de diámetro.
(Antena parabólica de foco primario o Prime focus)
Offset o Fuera de foco
Una antena offset o fuera de foco, 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 desplazado a un lado del mismo (offset), de tal forma que el foco
queda fuera de la superficie de la antena. La ventaja de esta tecnología es que la superficie de la antena
ya no estará sombreada por el LNB (Low Noise Block), desde el punto de vista del satélite, y así se recibe
algo más de señal.
(Antena parabólica offset o fuera de foco)
Cassegrain
Se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el
dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el
reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.
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

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foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo
reflector o subreflector.
(Antena parabólica cassegrain)
Antenas Parábolas Grilladas - Dependencia de la Longitud de onda
Otro comportamiento curioso de la reflexión, que depende de la longitud de onda de la señal lo veremos
con un ejemplo:
Las antenas con forma de parrillas de metal en su estructura, son antenas que llamamos grilladas. Se
utilizan para provocar una reflexión controlada de las ondas y orientarlas hacia una misma dirección,
como en una parabólica sólida, cumpliendo la misma función.
Pero ¿cómo puede reflejar una antena grillada si tiene agujeros? ¿No se escapa una parte de las ondas
por ella? Pues no se escapa. Ahorrando el desarrollo físico y matemático, si el tamaño de los agujeros es
más pequeño que (menor o igual que) la décima parte de la longitud de onda de la señal, la rejilla actúa
como una superficie sólida.

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(Siendo d la distancia entre las rendijas de la antena grillada)
Por ejemplo, en el caso de la WIFI estándar, a una frecuencia de 2.4 Ghz, podemos calcular su longitud
de onda gracias a la consabida fórmula que vimos en el artículo de la base científica:
Como las ondas van a la velocidad de la luz, tenemos:
• Frecuencia Wifi 802.11 bgn (f): 2.4 GHz o lo que lo mismo, 2.400.000.000 Hz
• Velocidad de la luz (v) = 299.792.458 metros /segundo
• Longitud de onda WIFI (λ): 299.792.458 / 2.400.000.000 = 0,124913 m = 12,5 cm
Si dividimos la longitud de onda (λ) entre 10, tenemos que una parrilla con agujeros separados como
máximo 1,25 cm, actuaría como una superficie sólida y lisa reflejando la señal.
¿Por qué se usan estas antenas si existen las parabólicas sólidas? La razón es porque tienen la ventaja
de que el aire penetra mejor a través de ella generando menor resistencia al viento, evitando que con
fuertes vientos se desapunten las antenas o se sobrecarguen las torres de comunicaciones.
ARRAYS O ARREGLOS DE ANTENAS
Una antena de arreglo de fase (array) es un grupo de antenas que, cuando se conectan, funcionan como
una sola antena cuyo ancho de haz y dirección (o sea, patrón de radiación) puede cambiarse
electrónicamente sin tener que mover físicamente ninguna de las antenas individuales. La ventaja
principal de este tipo de antenas es que eliminan la necesidad de mover en forma mecánica los
elementos de la misma. Una aplicación típica es en radares, donde los patrones de radiación deben ser
capaces de cambiar rápidamente para seguir un objeto en movimiento y, últimamente, también en las
comunicaciones móviles de 3G y 4G.

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(Array o Matriz de antenas satelitales)
Se puede controlar –ajusta o cambiar– electrónicamente la amplitud de las corrientes y la fase de cada
antena individual, modificando la forma del diagrama de radiación. Además, se puede conseguir que los
parámetros de la antena dependan de la señal recibida a través de circuitos asociados a los elementos
radiantes, como es el caso de las agrupaciones adaptativas.
(Array o Matriz de antenas de hilos)
Hay diferentes tipos: los lineales tienen los elementos dispuestos sobre una línea, mientras que los
planos son agrupaciones bidimensionales cuyos elementos están sobre un plano.
(Array o Matriz de antenas parabólicas)

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Array de antenas con MIMO
Un caso particular de antenas de este tipo son las MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) o (entradas
múltiples, salidas múltiples), una tecnología de antenas inteligentes de arrays adaptativos empleada
también en algunas redes inalámbricas como, por ejemplo, en Wi-Fi, femtoceldas y en WiMAX que
aprovecha el fenómeno de multipropagación (multipath) y radiocomunicaciones en diversidad de
espacio para conseguir una mayor velocidad y un mejor alcance del que se consigue con las antenas
tradicionales.
Un ejemplo de los beneficios que esta tecnología MIMO puede aportar en la vida diaria podemos verlos
en la recepción de una emisora de radio en el coche, en la que su antena está recibiendo la señal
directamente de un transmisor de la cadena de radio. Pero su radio también recibe señales ajenas de
esa misma emisión desde diferentes direcciones, porque los edificios, árboles, accidentes geográficos y
otras estructuras de la zona entre el emisor y el receptor pueden reflejar o refractar esas señales. El
resultado final es que cada una de esas señales adicionales llega por un camino distinto, con una ligera
distancia temporal, con lo que están desfasadas con respecto a la original y, ocasionalmente, puede
aumentar o cancelar partes de la señal (interferencias).
Este diferencial introduce ruido y distorsión que se puede escuchar conforme el coche avanza por la
ciudad, en forma de debilitación de la señal, recepción intermitente y repentinas pérdidas de señal. En
las comunicaciones digitales, estos factores pueden causar una reducción en la velocidad de datos y un
aumento del número de errores.
Añadir más antenas, como hacen algunos sistemas inalámbricos, ayuda a distinguir las señales,
permitiendo al receptor elegir la antena que reciba la señal más fuerte en cada momento. MIMO puede
utilizar los caminos de señal adicionales para transmitir más información y recombinar las señales desde
el lado del receptor, consiguiendo así una ganancia extra de potencia.
Utilizar múltiples receptores de esta manera no es un fenómeno recién descubierto: se ha venido
utilizando en determinadas transmisiones de radio durante al menos medio siglo. Pero hasta hace poco,
la cantidad de procesado de señal que se necesitaba era demasiado cara como para que resultara

32
práctico. Un importante factor que impulsa la aceptación actual de MIMO es la aparición de chips de
alta velocidad que no resultan caros y tienen millones de transistores.
Los sistemas MIMO pueden utilizar multiplexación espacial para distinguir entre diferentes señales en
una misma frecuencia. Es más, podemos codificar esas transmisiones para que la información de cada
una pueda utilizarse para ayudar a reconstruir la información de las otras. En resumen, la diversidad de
antenas en los sistemas actuales permite que haya varias antenas para recibir señales, y luego elija la
“mejor” señal para ser procesada por el hardware de radio.
ANTENAS INTELIGENTES o BEAMFORMING
Las últimas tendencias en comunicaciones móviles, principalmente con la introducción de la 3G y 4G,
sobre todo en Europa, apuntan a la utilización de un nuevo tipo de antenas para mejorar la capacidad y
la calidad de los servicios de telecomunicaciones, así como para ofrecer un mayor número de servicios
inalámbricos. Todo ello será posible gracias a las antenas inteligentes (smart antennas), que consiguen
aumentar la capacidad de conexión a múltiples usuarios simultáneamente con una serie de ventajas que
se expondrán a continuación. En esencia, el sistema funciona de tal forma que cuando el usuario se
desplaza, o lo hace la señal interferente, se modifica la dirección del lóbulo principal para que se mueva
con él y/o se minimice la interferencia y, en el caso en que una estación de radio atienda a varios usuarios
simultáneamente, los sistemas permiten transmitir el haz desglosado en varios lóbulos muy directivos,
de forma que se reduce la interferencia en la red considerablemente y se incrementa la capacidad en
ambos sentidos.
Principio de funcionamiento:
La tecnología de antenas para equipar las estaciones base de las redes celulares ha ido evolucionando
progresivamente en respuesta a las necesidades de la industria. Los factores clave han sido la limitación
de las frecuencias y la incorporación de nuevas bandas, junto con la integración de nuevas
funcionalidades, para ofrecer más capacidad y funcionalidad a las redes móviles celulares. Así, se ha
pasado por las antenas omnidireccionales, sectorizadas, logaritmo-periódicas, multibanda, multihaz,
etc. hasta llegar a las inteligentes.
Los sistemas móviles tradicionales actuales, de uso extensivo, utilizan varias antenas monohaz para dar
cobertura a una única célula (una por sector). Sin embargo, existe una limitación de la anchura de dicho
haz, que viene impuesta por la ganancia de la antena, pues ganancias elevadas implican anchos de haz
reducidos y viceversa. Esta restricción no existe en los sistemas de antenas inteligentes, también
llamados SAS (Smart Antennas Systems).
Una antena inteligente es una agrupación (array) de antenas junto con el procesamiento digital (DSP),
que optimiza los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente en respuesta a una señal de
interés en el entorno. Sin embargo, al hablar de “inteligencia”, siendo estrictos, las antenas no son
inteligentes sino lo que es inteligente es el sistema completo dado que puede interactuar con el medio

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y la inteligencia radica en la posibilidad de variar el patrón de radiación en su forma una vez se ha
implementado la antena.
Es muy importante tener muy en cuenta las aplicaciones, el ancho de banda disponible y los servicios
que se va prestar mediante estas antenas, ya que no en todas las ocasiones son recomendables, además
de que su coste es muy superior al de una antena normal.
Estos sistemas multihaz (haz múltiple o haz gobernable) mejoran la recepción de la señal procedente
del móvil minimizando, además, las interferencias. En contrapartida, se deben emplear algoritmos de
conmutación entre haces y software de procesamiento de la señal de RF bastante complejos. Para cada
llamada, estos algoritmos determinan cuáles son los haces que mantienen una mejor calidad de la señal
eligiendo, en cada momento, el mejor de ellos. De este modo, el sistema asegura a los usuarios una
calidad óptima mientras dura su llamada. La conmutación entre los diferentes haces o la variación del
patrón de radiación se efectúa a medida que el móvil se desplaza. Para ello, el SAS monitoriza la calidad
de la señal determinando cuándo un cierto haz debe ser seleccionado o modificado.
Existen, básicamente, dos tipos de SAS:
Haz conmutado
El sistema genera varios haces a ángulos prefijados que se van conmutando secuencialmente dando
como resultado un barrido discreto de la zona de cobertura en posiciones angulares fijas.
En cada posición discreta del haz se activa el sistema de recepción para determinar la posible existencia
de señales. En caso de recibir la señal, el sistema guarda información correspondiente a la posición del
haz (ángulo + identificación de usuario) y se establece la comunicación con el usuario en un intervalo de
tiempo.
Haz adaptativo
En este sistema las salidas de cada elemento se ponderan con un valor de peso cuyo valor se asigna
dinámicamente para conformar un diagrama de radiación que presente el haz principal hacia la
ubicación del usuario deseado y los haces o lóbulos secundarios hacia las direcciones de las

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componentes del multitrayecto de la señal deseada y mínimos o nulos de la radiación en las direcciones
de las fuentes de interferencia.
La selectividad espacial que proporciona los sistemas de este tipo permite discernir las señales
interferentes provenientes de otros usuarios, logrando con esto hacer insensible a la antena receptora
hacia esas direcciones y evitar que esas señales sean procesadas en el sistema de recepción. Requieren
el uso de algoritmos DoA, tanto para la detección de las señales de llegada e interferentes así como para
la determinación de los pesos que conforman los haces. También, permiten reducir la potencia de
transmisión en la dirección de esos usuarios para evitarles interferencias, lo que reduce el BER y permite
aumentar la calidad de la transmisión de información.
Esta tecnología tiene un excelente potencial para aumentar la eficacia del uso del espectro en
comparación con los sistemas radiantes tradicionales. Con un control inteligente de la iluminación de la
antena se puede ampliar la capacidad y la cobertura de las redes móviles. Las antenas de de haz
adaptativo son, pues, las que ofrecen el mayor rendimiento e inteligencia.
GUIAS DE ONDAS
La guía de onda es un medio de comunicación muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias
comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico
por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada
principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia
como el caso desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales
provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas.
La guía de onda consiste en un tubo conductor hueco, que generalmente es de sección transversal
rectangular, o bien circular o elíptica. Las dimensiones de la sección transversal se seleccionan de tal
forma que las ondas electromagnéticas se propaguen dentro del interior de la guía; cabe recordar que
las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la guía de
onda son conductores y por lo tanto reflejan energía electromagnética de la superficie.
Las configuraciones clásicas de guía rígida rectangular y circular fue suplantada hace más de 20 años
por guía de onda elíptica. La guía rectangular hoy día se utiliza principalmente como partes cortas de
interconexión, codos, twist etc. La guía de onda elíptica es la más utilizada para la alimentación de
sistemas de antenas. Las guías de onda circulares se utilizan en lugares donde se requieren valores
muy bajos de atenuación y pueden utilizarse en polarización simple o doble. Los fabricantes más
reconocidos son ANDREW y FLEXWELL.

35
PROPAGACIÓN POR GUIAS DE ONDAS
Los campos electromagnéticos son propagados a través de la guía de onda por medio de reflexiones en
sus paredes internas, que son consideradas perfectamente conductoras. La intensidad de los campos es
máxima en el centro a lo largo de la dimensión X, y debe disminuir a cero al llegar a las paredes, porque
la existencia de cualquier campo paralelo a las mismas en su superficie causaría una corriente infinita
en un conductor perfecto. Las guías de ondas, por supuesto, no pueden transportar la RF de esta forma.
En la siguiente figura pueden verse las dimensiones X, Y, y Z de una guía de ondas rectangular.
En electromagnetismo y en telecomunicaciones, una guía de onda es cualquier estructura física que guía
ondas electromagnéticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en
el espacio libre, sin embargo, también se puede transmitir información mediante el confinamiento de
las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan
atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada,
son imprácticos para aplicaciones en HF (alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente
en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.
La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello por lo que se
utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de
transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales
de alta frecuencia.
Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica,
en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y
limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión,
debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El
dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad
de propagación.
En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se
encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el
dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el
campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.
Sus pérdidas son menores que las de líneas de tx en las frecuencias usadas (arriba de 3 GHz); y también
son capaces de transportar mayores potencias que una línea coaxial de las mismas dimensiones.
Formas y dimensiones
Hay un infinito número de formas en las cuales los campos eléctricos y magnéticos pueden organizarse
en una guía de onda a frecuencias por encima de la frecuencia de corte. Cada una de esas
configuraciones del campo se denomina modo. Los modos pueden separarse en dos grupos generales.
Uno de ellos es el Transversal Magnético (TM por su sigla en inglés), donde el campo magnético es

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siempre transversal a la dirección de propagación, pero existe un componente del campo eléctrico en la
dirección de propagación. El otro es el Transversal Eléctrico (TE por su sigla en inglés), en el que el campo
eléctrico es siempre transversal, pero existe un componente del campo magnético en la dirección de
propagación. El modo de propagación se identifica por dos letras seguidas por dos subíndices numéricos.
Por ejemplo el TE, TM , etc. El número de modos 10 11 posibles se incrementa con la frecuencia para un
tamaño dado de guía, y existe un modo, llamado modo dominante, que es el único que se puede
transmitir a la frecuencia más baja que soporta la guía de onda. En una guía rectangular, la dimensión
crítica es la X. Esta dimensión debe ser mayor que 0.5 veces a la frecuencia más baja que va a ser
transmitida.
Ventajas:
• Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación.
• No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro.
• Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor.
• Mayor capacidad en el manejo de potencia.
• Construcción más simple que un coaxial
Desventajas:
• La instalación y la operación de un sistema de GO son más complejas. Por ejemplo:
o Los radios de curvatura deben ser mayores a una l para evitar atenuación.
o Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar mediante
soportes especiales.
o Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de uniformidad
del medio interior.
El tamaño mínimo de la guía para transmitir una cierta frecuencia es proporcional a la λ de esa
frecuencia.
Dicha proporcionalidad depende tanto de la forma de la guía como de la distribución de los campos
(modos de transmisión) dentro de ella. En cualquier caso, hay una frecuencia mínima que puede ser
transmitida, denominada frecuencia de corte del modo principal.
Por ejemplo, para una guía de onda rectangular, la dimensión mayor de la sección rectangular se designa
con la letra A, y la mínima requerida se da en la siguiente tabla para distintas frecuencias:
Frecuencia Dimensión A
3.000 MHz (3 GHz) 5 cm
300 MHz 50 cm
30 MHz 5 m

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TIPOS DE GUIAS DE ONDAS
Guías de Onda Elíptica:
Es la recomendada para la mayoría de los sistemas de antenas en el rango de frecuencia entre 3.4 - 23.6
GHz. Largas, continuas, y flexible, resulta menos costosa y más fácil de instalar comparada con las guías
rígidas. El ensamblaje se realiza cortando la guía de onda a la longitud especificada y terminada con
conectores.
Guías de Onda Circulares
La guía de onda circular es más utilizada para radares y microondas. En guías de onda se utilizan cuando
es necesario o ventajoso propagar tanto ondas polarizadas verticales como horizontales en la misma
guía de onda con una aislación de 30 dB.
Este tipo de guía de ondas minimiza las atenuaciones y es particularmente recomendado para tramos
verticales largos. Las guías de onda circulares son recomendadas para sistemas donde la baja atenuación
es crítica o donde se necesite capacidad multibanda.
El comportamiento de las ondas electromagnéticas en la guía de onda circular es el mismo como en la
guía de onda rectangular. Pero debido a la diferente geometría, algunos de los cálculos se realizan
diferentes.
La longitud de onda de corte para una guía de onda circular es la siguiente:
λ0 =
𝟐𝛑 𝐱 𝐫
𝐤𝐫
Donde:
λ0 = Longitud de onda del espacio libre
r = Radio interno de la guía de onda (m)
kr = Solución de una ecuación de función Bessel
La longitud de onda para el modo TEM se reduce a: λ0 = 1.7d
Donde:
d = Diámetro (m)

38
kr = 1.7
La guía de onda circular es más fácil de construir que una guía de onda rectangular y más fácil de unir.
Una de las desventajas es que la guía de onda circular tiene un área mucho más grande que una guía de
onda rectangular y ambas llevan la misma señal.
Guías de Ondas Rectangulares.
Se utiliza en sistemas de guías de ondas elípticas y circulares como conexión con la antena o con los
equipos de radio. Está formado por elementos como codos, ventanas de presión, twists etc.
El modo principal para éstas es el TE10, en el cual el campo eléctrico varía sinusoidalmente visto desde
A, y es uniforme respecto a B, como se observa en la figura siguiente (línea continua). El campo
magnético presenta líneas siempre perpendiculares a las líneas de campo E, formando lazos (línea
punteada). Su frecuencia de corte se presenta cuando lc = 2A.
lc = 2A
Modo TE10
Designación de los modos
Esta se hace mediante los subíndices m y n, los cuales son números enteros. El primero se refiere al
número de medios ciclos de variación de campo a lo largo de la dimensión A, y el segundo se refiere al
número de medios ciclos de variación de campo a lo largo de B.
De esta manera se tienen, por ejemplo:

39
lc = 2B
Modo TE01
lc = A
Modo TE20
Para propagar solamente el modo principal (TE10), las dimensiones de la guía deben cumplir:
2A > l, l > A, y l > 2B. La primera condición permite el modo principal, la segunda evita el modo TE20, y la
tercera evita el modo TE01.
En general, para las guías rectangulares la longitud de onda de corte está dada por:
𝜆 𝑐 =
2
√(
𝑚
𝐴)
2
+ (
𝑛
𝐵)
2
(Se debe multiplicar por la raíz de la constante dieléctrica relativa en caso diferente de aire en el interior)
De la ecuación anterior, expresando la frecuencia de corte:
𝑓𝑐 =
𝑐
2
√(
𝑚
𝐴
)
2
+ (
𝑛
𝐵
)
2
(Dividir entre la raíz de la constante dieléctrica relativa del medio, si es diferente de aire en el interior).

40
El factor de fase b, se establece de la siguiente manera:
β =
2𝜋
𝜆 𝑔
=
2𝜋
𝑐
√( 𝑓)2 − ( 𝑓𝑐)2
donde f donde f es la frecuencia transmitida en la línea.
Al igual que en el caso de líneas de transmisión, la velocidad de fase es igual a vp = w / b.
Algunos otros modos se muestran:
Guía de Onda Acanalada
Este tipo de guías permite la operación a frecuencias más bajas para un tamaño determinado. Sin
embargo, las guías de onda acanaladas son más costosas de fabricar que la guía de onda rectangular
estándar. Una guía de onda acanalada tiene más pérdida por unidad de longitud que la guía de onda
rectangular. Por este motivo y el alto costo es que este tipo de guía se limita a utilizarse sólo en
aplicaciones especializadas.
Guías de Onda Flexibles
Las guías de onda flexibles consisten de listones envueltos en espiral de latón o cobre. La parte exterior
está cubierta con una capa suave dieléctrica por lo general conformada de hule, para mantener la guía

41
de onda hermética contra agua y aire. Pequeños pedazos de guía de onda flexible se utilizan en los
sistemas de microondas cuando varios transmisores y receptores están interconectados a una unidad
compleja para combinar o separar. La guía de onda flexible también se utiliza extensamente en equipo
para pruebas de microondas.
INSTALACIÓN
Montaje
Las características de una guía de onda se determinan por su forma. En la instalación hay que tener
sumo cuidado en evitar torceduras que puedan causar degradación en la transmisión. Las guías deben
ser izadas utilizando poleas y malacate o winch.
Una vez izadas, se utiliza la malla de izamiento como soporte en la parte superior. Las guías deben
asegurarse a la torre con los kits de soportes. Se utiliza un soporte cada metro aproximadamente. El
soporte se fija a la torre y la guía se asegura en su lugar de arriba hacia abajo.
Para las curvas en las guías se utilizan herramientas especializadas. Entre la torre y la caseta se utilizan
escalerillas para el soporte de la guía.
Aterramiento
Las guías de onda deben conectarse a una buena tierra eléctrica, por medio de un kit de aterramiento
en el tope y en la base de la torre y en la entrada a la caseta. En áreas con mucha incidencia de rayos se
aconseja un kit de aterramiento cada 30m aproximadamente.
Presurización
Las guías de onda elípticas y circulares deben presurizarse con aire seco o nitrógeno, con el fin de evitar
la humedad por condensación dentro de la guía. La humedad en la guía degrada el VSWR y aumenta la
atenuación.

42
IMÁGENES DE GUÍA DE ONDAS
Guía de onda rectangular
(Las dimensiones X, Y, Z de una guía de ondas rectangular)
Guía de onda flexible

43
Guía de onda elíptica
Guía de onda torcida
Guía de onda en forma de codo a 90°

44
Guía de onda circular
ATENUADORES
Circuitos cuya función es reducir el nivel de potencia de la señal en un valor determinado. Típicamente
se forman de resistencias en formación π o delta (Δ). Como se muestra en la siguiente figura.
(Atenuador fijo) (Atenuador variable)
Atenuador Fijo
Los atenuadores fijos se emplean para reducir la potencia de microondas en un valor determinado. Se
pueden emplear para la protección de componentes muy sensibles o para desacoplar partes de un
circuito. Para reducir la potencia de microondas se emplea un elemento de atenuación hecho de un
material absorbente.
Características:
• Trabaja con las bandas VHF/UHF.
• Existen dos tipos los llamados hembra y macho.
• Un atenuador fijo para microondas banda consta de un sustrato dieléctrico, con una resistencia
y una película de director adjunto en dicho sustrato para formar un circuito de atenuación
• El atenuador está montado en una placa metálica o una placa de circuito impreso por un tornillo
insertado en dicho agujero.

45
Atenuador Variable
Se requiere para la reducción de potencia disponible de microondas, por ejemplo, para que el detector
opere en la zona cuadrática de su curva característica. Para este fin, a lo largo del eje de la guía de ondas
y paralela al campo eléctrico, se coloca una paleta de atenuación la que se regula mediante un tornillo
micrométrico.
(Atenuador variable para guía de ondas)
Existen dos tipos de atenuadoras variables para aplicaciones en sistemas de telecomunicaciones por
fibra óptica:
• Atenuador con "gap" de aire: consistente en dos fibras ópticas enfrentadas entre sí. Regulando
la distancia entre las caras de ambas fibras se obtiene la atenuación de potencia óptica entre las
fibras entrante y saliente. Principalmente se utiliza este tipo de atenuadores para aplicaciones
multimodo debido a altas reflexiones (Fresnel) que ofrece debido a la presencia de aire en el
camino óptico (14 dB). Cambiando mecánicamente la distancia entre las fibras mediante una
pieza enroscada y con su escala de atenuación. Este tipo de atenuador no es de alta precisión ó
repetitividad. La regulación de atenuación es a partir de las pérdidas de inserción (2-3 dB).
• Atenuador basado en radio de curvatura. Es un atenuador continúo basado solamente en fibra
óptica. Cambiando el radio de curvatura de propia fibra óptica, se provoca radiación de la
potencia óptica fuera del núcleo por incumplirse la ley de reflexión total en la frontera
núcleo/revestimiento (ángulo crítico). El valor de atenuación se establece mediante un sistema
motorizado utilizando servomotores de paso con medición interna de la potencia atenuada. Los
pasos de cambio de atenuación son de orden de 0,1 dB, son repetitivos y ofrecen la reflexión de
orden de -40 dB. El valor máximo de atenuación es de orden de 60 dB (se utiliza el doblamiento
de múltiples fibras). Son programables mediante una interfase de comunicación. Las pérdidas
de inserción son de orden de 2-3 dB, aunque la regulación de atenuación es desde 0 dB.
Aplicaciones principalmente para fibras monomodo donde las reflexiones son de suma
importancia.

46
(Atenuadores fijos y variables de guías de ondas)
SIMULADORES
Debido a la complejidad de los cálculos para encontrar la distribución de corriente en estructuras, se
hace indispensable el uso de simuladores computacionales.
Las empresas más reconocidas son SONNET EM y ANSOFT:
ANSOFT
• HF: HFSS, Ansoft Designer, NEXXIM (simulacion de circuitos)
• EM: Maxwell 3D, Maxwell 2D, Simplorer
• SI (Signal-Integrity)
• Otros simuladores para elementos de RF
Direcciones: www.ansoft.com - www.sonnetusa.com

47
FUENTES
• REDES INALÁMBRICAS EN LOS PAÍSES EN DESARROLLO, de descarga gratuita. http://wndw.net/
• ANTENAS DE TELECOMUNICACIONES. José Manuel Huidobro, Revista Digital de ACTA. 2013
• IEEE STANDARD DEFINITIONS OF TERMS FOR ANTENNAS, Std 145-1983, Revision of ANSI/IEEE Std
145-1973.
• INTRODUCCIÓN A LAS ANTENAS, Mario Vielma. 2005
• PARÁMETROS DE ANTENAS, Miguel Ferrando, Alejandro Valero. Departamento de
Comunicaciones. Universidad Politécnica de Valencia, 2011
• CONCEPTOS GENERALES DE ANTENAS, Emilio Monachesi, Ana Maria Frenzel, Guillermo Chaile,
Carrasco Agustín, Francisco A. Gómez López, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional
Tucumán, 2011
• TEORÍA DE ANTENAS, Jaume Anguera y Antonio Pérez –Ingeniería La Salle, Universitat Ramón Llull,
2008
• SISTEMAS DE PROPAGACIÓN Y DISEÑO DE ANTENAS ENFOCADO AL ANALISIS DE ENLACES DE
COMUNICACIÓN, Universidad Autónoma de Nuevo Leon, Tesis. Ing Antonio Cayetano Lozano
Garcia. 2002
• ANTENAS, POLARIZACIÓN Y DIAGRAMAS DE RADIACIÓN, Laboratorio de Ingeniería Eléctrica,
Faculta de de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. Franco Curotto, Sebastián
Espinosa, Mario Vergara. 2012
• SISTEMAS DE MICROONDAS, Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica. González Montes David. 2013
• GUIAS DE ONDAS, Universidad Metropolitana, Prof. Sandro Costantini, Chile. 2002
• ANTENNA THEORY: A REVIEW, C. A. Balanis 1992
• ANTENNAS, L. V. Blake, 1966
• ANTENNAS, McGraw-Hill, J. D. Kraus, 1988
• ADVANCED ENGINEERING ELECTROMAGNETICS, SECOND EDITION, C. A. Balanis, 2012

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