BASES DE ANTENAS

1. ANTENAS

2. Una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y capturar ondas
electromagnéticas. Las antenas son para conectar las líneas de transmisión con
el espacio libre, el espacio libre a líneas de transmisión, o ambas cosas. En
esencia, una línea de transmisión acopla la energía de un transmisor o de un
receptor con una antena, que a su vez acopla la energía con la atmósfera
terrestre, y de la atmósfera terrestre a una línea de transmisión.
INTRODUCCIÓN

3. La onda electromagnética irradiada en el espacio está compuesta de lazos
asociados de campos de fuerza eléctrica y campos de fuerza magnéticos.
La energía electromagnética se desplaza en el espacio como se muestra en la
figura.
La energía tanto del campo magnético, como del campo eléctrico, se
representan como segmentos que aparecen como líneas rectas que forman
ángulos rectos entre si. La polarización que se muestra es polarización vertical,
ya que las líneas de fuerza del campo eléctrico están perpendiculares a la
superficie horizontal de la tierra.

5. RADAR

6. DEFINICIÓN DE ANTENA
Las antenas constituyen una parte fundamental de los
sistemas radioeléctricos de comunicaciones.En principio
una Antena puede ser cualquier conductor capaz de
emitir o captar ondas electromagnéticas de dimensiones
comparables a la longitud de onda (λ) de cierta señal.
 El IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) define una antena como “aquella parte de
un sistema transmisor o receptor diseñada
específicamente para radiar o recibir ondas
electromagnéticas”. Dicho de otro modo, la antena es la
transición entre un medio guiado y el espacio libre.

7. Operación básica de una antena
Sin meterse en cuestiones físicas, si una corriente circula por un conductor,
creará un campo eléctrico y magnético en sus alrededores. Luego nuestra
corriente creará un campo eléctrico y magnético, pero como supondremos que la
distancia entre los dos conductores que forman nuestra línea es pequeña, no se
creará una onda que se propaga, puesto que la contribución que presenta el
conductor superior se anulará con la que presenta el conductor inferior.
Pero si separamos en un punto los dos conductores, los campos que crean las
corrientes ya no se anularán entre sí, si no que se creará un campo eléctrico y
magnético que formará una onda que se podrá propagar por el espacio.
Según esto, dependiendo del punto desde el que separemos el conductor,
tendremos una longitud en los elementos radiantes variable. Al variar esta
longitud, la distribución de corriente variará, y lógicamente la onda que se creará
y se propagará.

8. ONDAS ESTACIONARIAS
Cuando Zo = ZL, toda la potencia incidente es absorbida por la carga. A esto se le
llama línea compensada. Cuando Zo ≠ ZL, algo de la potencia incidente queda
absorbida en la carga y algo se regresa (se refleja) a la fuente. Es lo que se llama
línea no compensada o línea descompensada.
FIGURA 1 Formación de una onda estacionaria en una línea de transmisión: (a)
onda incidente; (b) onda reflejada; (c) onda estacionaria
En una línea no compensada hay dos ondas electromagnéticas que viajan en
direcciones opuestas, al mismo tiempo (de hecho, a esas ondas se les llama
ondas viajeras). Las dos ondas viajeras establecen un patrón de interferencia
llamada onda estacionaria. Esto se ve en la fig. 1.

9. Cuando las ondas incidente y reflejada pasan una por la otra, se producen
patrones estacionarios de voltaje y corriente en la línea. Esas ondas se llaman
estacionarias porque parecen permanecer en un lugar fijo de la línea, y sólo
varían de amplitud. La onda estacionaria tiene mínimos (nodos) separados por
una mitad de longitud de onda de las ondas viajeras, y tiene máximos
(antinodos) también separados por una mitad de longitud de onda.
Relación de onda estacionaria
La relación de onda estacionaria (SWR, de standing-wave ratio) se define como
la relación del voltaje máximo al voltaje mínimo, o de la corriente máxima entre la
corriente mínima de una onda estacionaria en una línea de transmisión. A ello
también se le llama relación de voltajes de onda estacionaria (VSWR, por
voltage standing-wave ratio). En esencia, la SWR es una medida de la falta de
compensación entre la impedancia de carga y la impedancia característica de la
línea de transmisión. La ecuación correspondiente es

10. Ondas estacionarias en una línea abierta
Cuando las ondas incidentes de voltaje y corriente llegan a una terminación
abierta, nada de energía se absorbe; se refleja por todo el trayecto hacia la
fuente. La onda de voltaje incidente se refleja en la forma exacta como si fuera a
continuar por una línea infinitamente larga. Sin embargo, la corriente incidente
se refleja invertida 180° respecto a como hubiera continuado si la línea no
estuviera abierta. Al pasar las ondas incidente y reflejada, se producen en la
línea ondas estacionarias. La fig. 2 muestra las ondas estacionarias de voltaje y
corriente en una línea de transmisión terminada en circuito abierto.
FIGURA 2 Ondas estacionarias de voltaje y de corriente en una línea de
transmisión que termina en un circuito abierto

11. Ondas estacionarias en una línea en corto
Como en el caso de la línea abierta, la carga no absorbe potencia alguna cuando
la línea de transmisión se termina en un cortocircuito. Sin embargo, si la línea
está en corto, el voltaje y la corriente incidentes se reflejan y regresan en la forma
contraria. La onda de voltaje se refleja con su fase invertida 180° respecto a la
que tendría si continuara por una línea infinitamente larga, y la onda de corriente
se refleja exactamente de la misma manera que si no hubiera corto. La fig. 3
representa las ondas estacionarias de corriente y de voltaje en una línea de
transmisión que termina en un cortocircuito.
FIGURA 3 Ondas estacionarias de voltaje y de corriente en una línea de
transmisión que termina en cortocircuito

12. El funcionamiento básico de una antena se comprende mejor con referencia en
las ilustraciones de ondas estacionarias en una línea de transmisión, fig. 4a. La
línea de transmisión termina en un circuito abierto, que representa una
discontinuidad abrupta para la onda incidente de voltaje y tiene la forma de una
inversión de fase. La inversión de fase hace que se irradie algo del voltaje
incidente, sin reflejarse hacia la fuente. La energía radiada se propaga alejándose
de la antena, en forma de ondas electromagnéticas transversales. La eficiencia
de irradiación de una línea de transmisión abierta es extremadamente baja. Es la
relación de la energía irradiada entre la energía reflejada.
FIGURA 4a Radiación de una línea de transmisión: radiación de línea de
transmisión

13. Para irradiar más energía tan sólo se apartan entre sí los conductores. A la antena
obtenida así se le llama un dipolo (quiere decir dos polos), y se ve en la fig. 4b.
FIGURA 4b Radiación de una línea de transmisión: conductores divergentes
En la fig. 4c, los conductores se apartan en una línea recta a la distancia de un
cuarto de onda. Esa antena se llama antena de cuarto de onda o monopolo
vertical (a veces se le llama antena de Marconi).
FIGURA 4c Radiación de una línea de transmisión: antena de Marconi

14. FIGURA 4d Radiación de una línea de transmisión: antena de Hertz
Un dipolo de media onda se llama antena de Hertz, y se ve en la fig. 4d.

15. Circuitos equivalentes a una antena
En las radiocomunicaciones, los transmisores están conectados a los receptores
a través de líneas de transmisión, antenas y el espacio libre. Las ondas
electromagnéticas se acoplan desde las antenas transmisoras a las receptoras, a
través del espacio libre en una forma parecida a cuando la energía se acopla del
primario al secundario de un transformador. Sin embargo, con las antenas el
grado de acoplamiento es mucho menor que en un transformador, e interviene
una onda electromagnética y no sólo una onda magnética. Un sistema de
acoplamiento con antena se puede representar con una red de cuatro terminales
como la de la fig. 5a.
FIGURA 5a Antena como red de cuatro terminales

16. La energía electromagnética se debe transferir de la antena transmisora a un
espacio libre y después desde el espacio libre a una antena receptora. La fig. 5b
muestra el circuito equivalente de una antena transmisora,
FIGURA 5b Circuito equivalente a una antena de
transmisión

17. y la fig. 5c muestra el circuito equivalente para una antena receptora.
FIGURA 5b Circuito equivalente a una antena de
recepción

18. Figura 6. Ejemplo de diagrama de radiación (generados con el software FEKO).
Patrón de radiación
Un diagrama de radiación se define la variación de la potencia radiada por una antena en
función de la dirección a la antena. Esta variación de energía en función del ángulo de
llegada se observa en la campo lejano. Como ejemplo, considere el diagrama de radiación
en 3 dimensiones en la figura 6, representa en decibelios (dB).

19. Sistema de coordenadas de la antena
Las características direccionales de una onda electromagnética,
irradiada o recibida por una antena, se describen en general en
términos de coordenadas esféricas, como se ve en la fig. 7. La antena
colocada en el centro de la esfera, y la distancia a cualquier punto en la
superficie de la esfera se puede definir con respecto a la antena,
mediante el radio de la esfera d y los ángulos Ɵ y Φ. El plano xy de la
figura se llama plano ecuatorial, y cualquier plano que forma ángulo
recto con él se llama plano meridiano.
FIGURA 7 Coordenadas
esféricas

20. Diagrama de radiación
Un diagrama de radiación es un diagrama o gráfica polar que representa
intensidades de campo o densidades de potencia en diversas posiciones
angulares en relación con una antena. Si la gráfica de radiación se traza
en términos de intensidad del campo eléctrico ( ) o de densidad de
potencia ( ) se llama gráfica de radiación absoluta (es decir, distancia
variable y potencia fija).
La fig. 8a muestra una gráfica de radiación absoluta para una antena no
especificada.
FIGURA 8 Gráficas de
radiación: (a) gráfica de
radiación absoluta
(distribución fija)

21. Diagrama de radiación
Si se grafica intensidad de campo o densidad de potencia con respecto al
valor en algún punto de referencia, se llama gráfica de radiación relativa
(es decir, potencia variable, distancia fija).
FIGURA 8 Gráficas de
radiación: (b) gráfica de
radiación relativa
(distancia fija)

22. La fig. 8c muestra una gráfica de radiación relativa con la densidad de
potencia en decibelios. En direcciones a ±45° de la referencia, la
densidad de potencia es −3 dB (mitad de potencia) en relación con la
densidad de potencia en la dirección de radiación máxima (0°).
FIGURA 8 Gráficas de
radiación: (c) gráfica de
radiación relativa
(distancia fija) en
decibelios

23. La fig. 8d muestra la gráfica de radiación para una antena
omnidireccional. Una antena omnidireccional, o isotrópica, irradia
energía en todas direcciones por igual y, en consecuencia, la gráfica de
radiación es un círculo (en realidad, una esfera).
FIGURA 8 Gráficas de
radiación: (d) gráfica de
radiación relativa
(distancia fija)
en decibelios para una
antena direccional
(fuente puntual)

24. Diagrama de radiación
Un diagrama de radiación es una representación gráfica de las propiedades de
radiación de la antena en función de las diferentes direcciones del espacio
(sistema de coordenadas esférico) a una distancia fija. Con la antena situada en
el origen y manteniendo constante la distancia, expresa el campo eléctrico en
función de las variables angulares y  . El diagrama de radiación cobra
relevancia en la zona de campo lejano, es decir, en la zona donde la forma del
diagrama es invariante en función de la distancia
Fig. 7 Diagrama de radiación 3D. Plano E.

25. En antenas linealmente polarizadas se definen los planos E y H:
• Plano E: formado por la dirección de máxima radiación y el campo eléctrico en
esta dirección.
• Plano H: formado por la dirección de máxima radiación y el campo magnético
en esta dirección.
Ambos planos son perpendiculares (en campo lejano, el campo eléctrico y el
magnético se comportan como una onda plana, son perpendiculares) y su
intersección determina una línea que define la dirección de máxima radiación de
la antena. El diagrama de radiación de una antena suele representarse mediante
cortes extraídos del diagrama tridimensional para una φ constante y/o una θ
constante (planos principales). Estos cortes se pueden representar en
coordenadas polares o cartesianas.
Fig. 8 Diagrama de radiación en coordenadas cartesianas y polares

26. Algunas definiciones relacionadas con el diagrama de radiación:
 Lóbulo principal: zona en la que la radiación es máxima.
 Lóbulos laterales: zona que rodea los máximos de menor amplitud.
 Lóbulo secundario: lóbulo lateral de mayor amplitud
 Lóbulo posterior: zona diametralmente opuesta al lóbulo principal.
 Ancho de haz a mitad de potencia (Δθ-3dB): separación angular de las
direcciones en las que el diagrama de radiación de potencia toma el valor mitad
del máximo. En campo eléctrico en 0'707 del máximo.
 Ancho de haz entre ceros (ΔθZ): separación angular en las direcciones del
espacio en las cuales el lóbulo principal toma un valor nulo.
 Relación delante-detrás (D/D): cociente entre el lóbulo principal y el lóbulo
posterior [dB].
 Relación lóbulo principal a secundario (NLPS): cociente entre el lóbulo
principal y el lóbulo secundario, que suele ser adyacente al lóbulo principal [dB].
Generalmente se encuentra el acrónimo NLPS como SLL del inglés Side Lobe
Level.

27. Fig. 9 Parámetros del diagrama de radiación.

28. Impedancia de entrada
Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la
corriente de entrada. La impedancia es un número complejo. La parte real de la
impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia.
La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de
pérdidas.
Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.
Se define la resistencia de radiación como la relación entre la potencia total radiada por
una antena y el valor eficaz de la corriente en sus terminales de entrada, elevada al
cuadrado.
Se refine 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.
Por lo tanto la resistencia de antena la podemos considerar como la suma de la
resistencia de radiación y la resistencia óhmica.
La eficiencia de una antena se puede obtener a partir de las resistencias de radiación y
óhmicas, teniendo en cuenta que es la relación entre la potencia total radiada y la
potencia entregada a la antena.

29. Eficiencia
La eficiencia de una antena se refiere la potencia suministrada a la antena y la potencia
radiada o disipada dentro de la antena. Una antena de alta eficiencia ha la mayor parte de
la energía presente en la entrada de la antena irradia. Una baja eficiencia de antena tiene
la mayoría de la potencia absorbida en pérdidas dentro de la antena. Las pérdidas
asociadas dentro de una antena son normalmente las pérdidas de conducción (debido a la
conductividad finita de la antena) y las pérdidas dieléctricas (debido a la conducción
dentro un dieléctrico que puede estar presente dentro de una antena). A veces, la
eficiencia se define como también incluyen la falta de correspondencia entre una antena
y la línea de transmisión, pero esto se discutirá en la sección de impedancia.
La eficiencia puede ser escrito como la relación de la potencia radiada a la potencia de
entrada de la antena:
Ƞ = P = P radiada
P entrada
El término de ganancia se describe cuánta energía se transmite en la dirección de
radiación máxima de la de una fuente isotrópica. La ganancia es más comúnmente citado
en la hoja de especificaciones de una antena real de porque toma en cuenta las pérdidas
reales que se producen. Una ganancia de 3 dB significa que la potencia recibida lejos de
la antena será de 3 dB (doble) más alta de lo que sería recibido de una antena isotrópica
sin pérdidas con la misma potencia.

30. Resistencia de radiación
No toda la potencia que se suministra a una antena se irradia. Algo de
ella se convierte en calor y se disipa. La resistencia de radiación es un
poco “irreal”, porque no se puede medir en forma directa. La resistencia
de radiación es una resistencia de antena a la corriente alterna, y es
igual a la relación de la potencia irradiada por la antena entre el
cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. La ecuación que
define la resistencia de radiación es
= resistencia de radiación (ohms)
= potencia irradiada por la antena (watts)
= corriente en el punto de alimentación de la antena (amperes)

31. La fig. 9 muestra un circuito eléctrico simplificado y equivalente a una
antena. Algo de la potencia de entrada se disipa en la resistencia
efectiva (del suelo, corona, dieléctricos imperfectos, corrientes parásitas,
etc,), y el resto se irradia. La potencia total de la antena es la suma de
las potencias disipada e irradiada.
FIGURA 9 Circuito equivalente
simplificado de una antena

32. Campos cercanos y lejanos
Sea D la longitud total de la antena y R la distancia desde el punto de radiación hasta un
punto de medición arbitrario. se consideran las siguientes regiones de campo:
• Reactivos de campo cercano
• Radiación de Campo Cercano o región de Fresnel
• Campo lejano o región de Fraunhofer
La región de campo lejano es el más importante, ya que esto determina el patrón de
radiación de la antena. Además, las antenas se utilizan para comunicarse de forma
inalámbrica desde largas distancias, por lo que esta es la región de operación para la
mayoría de las antenas. Vamos a empezar con esta región.
Región de Campo lejano (Fraunhofer)
El campo lejano es la región del extremo de la antena, como se puede sospechar. En esta
región, el patrón de radiación no cambian de forma con la distancia (aunque los campos
todavía mueren con 1 / R ^ 2). Además, esta región está dominada por los campos
electromagnéticos, con los campos E y H ortogonales entre sí y la dirección de
propagación como con ondas planas. Si la mayor dimensión lineal de una antena es D,
entonces la región de campo lejano es comúnmente dado como:

33. Región Reactiva-Near Field
En las inmediaciones de la antena, tenemos el campo cercano de reactivos. En esta
región, los campos son campos predominantemente reactivos, lo que significa que los
campos E y H están fuera de fase de 90 grados entre sí (recordemos que para la
propagación de la radiación o los campos, los campos son ortogonales
(perpendiculares) pero están en fase). El límite de esta región se da comúnmente
como:
Región Radiación de campo cercano (Fresnel)
La radiación cerca de la región de campo o de Fresnel es la región entre los campos
cercanos y lejanos. En esta región, los campos de reactivos no se dominan, los campos
de radiación comienzan a emerger. Sin embargo, a diferencia de la Lejos región de
campo, aquí la forma del diagrama de radiación pueden variar considerablemente con
la distancia. La región se da comúnmente por:
Tenga en cuenta que dependiendo de los valores de R y la longitud de onda, este
campo puede o no existir.

34. Finalmente, lo anterior se puede resumir a través del siguiente diagrama:
Durante la primera mitad del ciclo, la potencia se irradia desde la 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 lo tanto, el campo
cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano
continúa irradiando lejos y no regresa a la antena, por lo que se denomina campo de
radiación. Debido a que el patrón de radiación se basa en el campo lejano, los patrones
de radiación de la antena también se dan en ese campo. El campo cercano se considera
como el área dentro de la distancia D/ʎ, de la antena, donde ʎ es la longitud de onda y D
el diámetro de la antena.

35. Ganancia directiva y ganancia de potencia
Los términos ganancia directiva y ganancia de potencia se malentienden con frecuencia,
y por lo tanto, se usan mal. La ganancia directiva es la relación de la densidad de
potencia irradiada en una dirección particular entre la densidad de potencia irradiada al
mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas estén
irradiando la misma cantidad de potencia.
La gráfica de densidad de potencia de radiación para una antena en realidad es una
gráfica de ganancia directiva, si se toma la referencia de densidad de potencia para una
antena normal de referencia, que en general es una antena isotrópica. La ganancia
directiva máxima se llama directividad. La ecuación de definición es

36. La ganancia de potencia es lo mismo que la ganancia directiva, excepto que se usa la
potencia total alimentada a la antena; es decir, se toma en cuenta la eficiencia de la
antena. Se supone que la antena dada y la antena de referencia tienen la misma potencia
de entrada, y que la antena de referencia no tiene pérdidas (ƞ = 100%). La ecuación de la
ganancia de potencia, , es
Si la antena es sin pérdidas, irradia 100% de la potencia de entrada, y la ganancia de
potencia es igual a la ganancia directiva. La ganancia de potencia de una antena también
se expresa en decibelios en relación con una antena de referencia. En este caso, la
ganancia de potencia es
Para una referencia isotrópica, la ganancia de potencia en decibelios, de un dipolo de
media onda, es 1.64 (2.15 dB), aproximadamente. Se acostumbra expresar la ganancia de
potencia en decibelios, cuando se refiere a un dipolo de ʎ/2 (dBd). Sin embargo, si la
referencia es un radiador isotrópico, se mencionan los decibelios como dBi, o
dB/radiador isotrópico, y es 2.15 dB mayor que si se usara un dipolo de media onda como
referencia.

37. Anchura de haz
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el
ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia
radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección principal de
radiación). También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo
angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al
máximo.

38. Ancho de banda de la antena
El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la
operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de
media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la
antena.
Ancho de banda es típicamente citado en términos de VSWR. Por ejemplo, una antena
puede ser descrito como operando a 100 a 400 MHz con una VSWR < 1.5. Esta
declaración implica que el coeficiente de reflexión es menos de 0.2 en la frecuencia se cita
a rango. Por lo tanto, de la potencia suministrada a la antena, sólo el 4% de la energía se
refleja de nuevo a el transmisor. Por otra parte, las pérdidas de retorno
S11=20*log10(0.2)=-13.98 dB.

39. Ancho de Banda
El hecho de que una antena esté diseñada para una determinada frecuencia central, o
frecuencia de resonancia, no quiere decir que no sea capaz de transmitir o recibir señales
de otras frecuencias.
Cualquier antena presenta un ancho de banda, que es el rango de frecuencias en las que
esa antena es capaz de funcionar con una eficiencia aceptable.
Para determinar el ancho de banda de una antena, o lo bien que se comporta para una
frecuencia determinada, existen distintos parámetros. El más sencillo de comprender es el
parámetro de reflexión, que mide la cantidad de energía reflejada por la antena. Si la
antena está perfectamente adaptada al transmisor, “aprovechará” el 100% de la energía
que le entrega el transmisor. Conforme esa adaptación empeore (por el propio diseño de
la antena, o porque pretendemos transmitir una frecuencia que no es la de resonancia), la
antena reflejará un porcentaje mayor de la energía entregada por el transmisor.
En la siguiente gráfica se muestra el parámetro de reflexión de una antena diseñada para
resonar a 2440MHz.

41. Se observa que a 2440MHz el parámetro de reflexión es -18.59dB, lo que quiere decir en
unidades lineales que se refleja el 1.38% de la potencia, aprovechándose el 98.62% de la
potencia.
La siguiente tabla muestra la equivalencia entre el parámetro de reflexión y los porcentajes
de potencia reflejada y potencia acoplada.

42. La impedancia de entrada tiene una parte real (R(ω)) y una parte imaginaria
(X(ω)); ambas dependientes de la frecuencia. Este parámetro también se ve
afectado por otras antenas u objetos cercanos, pero de momento se asume que
la antena se encuentra aislada.
Rr: resistencia de radiación. Representa la potencia o energía que la antena
radia hacia el espacio libre. Se define Rr como el valor de la resistencia que
disiparía la misma potencia que la radiada por la antena.
RΩ: resistencia de pérdidas. Representa las pérdidas que se producen en la
antena, en los conductores y/o dieléctricos, aunque en las antenas de ferrita
también se producen pérdidas en el núcleo. En la mayoría de antenas RΩ << Rr.
Sin embargo, RΩ es significativa en antenas eléctricamente pequeñas, donde las
dimensiones son mucho más pequeñas que una longitud de onda.
La potencia entregada a la antena será la suma de las dos anteriores:

43. Ejemplo: en un sistema de radiodifusión se desea obtener una potencia radiada
de 100 kW. La impedancia de entrada de la antena es 20-j100 Ω. Calcula la
tensión que debe suministrar el generador.
Si se compensa la parte reactiva de la antena (XA = 0):
Ejemplo de compensación: La figura adjunta muestra una antena monopolar de
altura h = 4λ / 7 , la cual se puede modelar con la línea sin pérdidas mostrada en
el circuito equivalente. La inductancia L permite compensar la parte reactiva de la
impedancia vista en el punto 1.

44. Para que la antena radie el máximo de potencia con las mínimas pérdidas
posibles, ambos, transmisor y antena, deben adaptarse para una transferencia de
potencia máxima en el sentido clásico de circuitos:
Adaptación de la antena trasmisora
En este caso, de toda la potencia suministrada por el generador, la mitad se disipa
en la resistencia del generador y la otra mitad se entrega en la antena.
Habitualmente el transmisor puede encontrarse alejado de la antena y la conexión
se realiza mediante una línea de transmisión o guía de ondas, que participa
también en esta adaptación, considerando su impedancia característica,
atenuación y longitud.
Por debajo de un determinado valor, como por ejemplo ROE < 3 en los casos
menos restrictivos, puede considerarse que una antena está bien adaptada.
 Coeficiente de onda estacionaria: VSWR, ROE Є [1,∞)
 Coeficiente de reflexión: ρ, Є [-1,1]
 Adaptación perfecta: ρ = 0 ; ROE = 1
 Desadaptación total: |ρ| = 1 ; ROE = ∞

45. Donde ZL es la impedancia de antena y Z0 la impedancia de referencia
Fig. 3 Coeficiente de reflexión en una antena transmisora.

46. El coeficiente de desadaptación de impedancias de una antena transmisora
(CaT) establece la relación entre la potencia que se entrega a la antena (PAN) y
la potencia que se hubiera podido entregar si ésta hubiera estado perfectamente
adaptada en condiciones de máxima transferencia de potencia (PAMAX):
Fig. 4 Coeficiente de desadaptación de impedancias en función de ROE.

47. Eficiencia de radiación
La impedancia de entrada de una antena tiene una parte real y otra imaginaria,
tal como se ha descrito anteriormente. La parte real se puede dividir en dos: una
llamada resistencia de radiación (Rr) y otra llamada resistencia de pérdidas (R).
La primera es la resistencia en la que se disipa la potencia en el espacio
(potencia radiada) y la segunda tiene en cuenta la potencia que se disipa en
forma de calor a causa de pérdidas en el material, ya sea en el conductor o/y en
el dieléctrico que forma la antena. Se define eficiencia de radiación como la
relación entre la potencia radiada (Pr) y la potencia entregada a la antena
(Pr+P):
Donde P es la potencia disipada a causa de pérdidas en la antena, pérdidas en
el dieléctrico o en el conductor, y Pr es la corriente en los terminales de la antena.
Habitualmente se expresa en tanto por ciento, aunque también se puede
expresar en dB una vez hemos aplicado 10·log10(·), ya que es una relación de
potencias. Naturalmente interesa en que la eficiencia sea del 100%.

48. A menudo se usa el concepto de eficiencia total, que es el resultado de multiplicar
la eficiencia de radiación por el coeficiente de desadaptación de impedancias. De
esta forma resulta:
Se define un nuevo término llamado mismatch loss, que indica cuánta potencia
se refleja y, por lo tanto, podemos decir que se pierde ya que no se aprovecha
para radiar, de aquí el nombre de pérdidas por desadaptación. Como orden de
magnitud, una ROE (en inglés SWR)=2, significa una pérdida por desadaptación
de 0.5dB. Por lo tanto, en el mejor de los casos (eficiencia de radiación del
100%), se radiará un 88.9% de la potencia entregada a la antena (Tabla 2).
Tabla 2 Relación entre ROE (SWR), el coeficiente de reflexión y mismatch
loss.

49. Intensidad de radiación
Una de las características fundamentales de una antena es su capacidad para
radiar con una cierta direccionalidad, es decir, para concentrar la energía radiada
en ciertas direcciones del espacio. Por lo tanto, será conveniente cuantificar este
comportamiento con algún parámetro que permita establecer una comparación
entre diferentes antenas: intensidad de radiación
La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido en
una determinada dirección. Las unidades son watios por estereoradián. Dicho
parámetro es independiente de la distancia a la que se encuentre la antena
emisora. La relación entre la intensidad de radiación y la densidad de potencia
radiada es,
La potencia total radiada se puede calcular integrando la intensidad de radiación
en todas las direcciones del espacio.

51. Polarización
La polarización de una antena en una dirección dada se define como “la
polarización de la onda radiada cuando ésta se encuentra excitada”. La
polarización generalmente se define en la dirección en la que la antena radia el
máximo de potencia, ya que los enlaces se diseñan para que sean eficientes en
la dirección de máxima radiación. La polarización de la onda radiada varía con la
dirección respecto al centro de la antena, por lo que diferentes partes del
diagrama de radiación pueden tener diferentes polarizaciones.
En cada punto del espacio existe un vector de campo eléctrico Er ,t  ; función de
la posición y el tiempo. La polarización de una onda es la figura geométrica
descrita, con el paso del tiempo, por el extremo del vector de campo eléctrico en
un punto del espacio en el plano perpendicular a la dirección de propagación.
Fig. 10 Onda polarizada verticalmente

52. Fig. 11 Polarización lineal, circular y elíptica.
El sentido de giro de campo eléctrico, tanto en polarización circular como elíptica,
es hacia la derecha cuando la onda se aleja del observador, rota el campo en el
sentido de las agujas del reloj, y hacia la izquierda si el sentido es contrario.

53. Ganancia
El término ganancia de una antena se presta a confusión, y es más correcto utilizar el
término directividad. Una antena es un elemento pasivo, y como tal no tiene una
ganancia, ya que no amplifica la señal. Lo que sí puede hacer la antena es concentrar la
radiación hacia una determinada zona del espacio, pero hay que comprender que cuanto
mayor sea la ganancia, más estrecho será el haz de radiación.
Siguiendo con la analogía de las fuentes de luz, una bombilla desnuda será capaz de
iluminar un objeto a una determinada distancia. Si en lugar de utilizar esa bombilla
desnuda la ubicamos delante de un reflector (por ejemplo un flexo), podremos iluminar
más ese objeto, pero a cambio de dejar a oscuras el resto del espacio. Si utilizamos un
foco de calidad, con un reflector parabólico, podemos concentrar mucho más el haz de
luz de la bombilla (más “ganancia”), iluminando mejor el objeto, pero a cambio de tener
que enfocar con precisión el foco hacia el objeto.

54. Volviendo a las antenas, si utilizamos una antena patch de ganancia moderada (8dB), la
radiación se concentrará en un haz de aproximadamente 60º, permitiéndonos cubrir una
amplia zona de vuelo. Si queremos tener más ganancia, para aumentar la distancia de
vuelo, y utilizamos por ejemplo una antena parabólica de 24dB, el ancho de haz será de
solamente 8º, implicando que tenemos que mantener la antena perfectamente enfocada
hacia el avión. La siguiente figura representa las zonas de vuelo con cada una de estas
antenas de ejemplo:

55. Normalmente en la descripción de una antena encontraremos con mayor frecuencia una
representación polar del diagrama de radiación. Esto no es más que realizar dos “cortes”
en el plano horizontal y en el plano vertical a la representación 3D:

56. Por otro lado, y para poder medir con mayor precisión la ganancia de la antena
en una determinada dirección, a veces se utiliza la representación cartesiana.
Consiste simplemente en “desenrollar” la representación polar:
Asociado al diagrama de radiación nos encontramos con el concepto de haz. Se
refiere a la zona del espacio desde/hacia la que se puede utilizar la antena, y se
define como la zona donde la ganancia es superior a la ganancia máxima de la
antena menos 3dB. O lo que es lo mismo, es la zona del espacio donde la
antena emite al menos un 50% de la potencia máxima (que será la potencia
emitida en la dirección de máxima ganancia).
Esto implica que mantener una buena orientación de la antena es
fundamental, ya que podemos estar perdiendo hasta 3dB por el hecho de volar
en los límites exteriores del haz en lugar de en su centro.

57. GANANCIA DIRECTIVA Y GANANCIA DE POTENCIA
La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia irradiada hacia una
dirección particular entre la densidad de potencia irradiada al mismo punto pero por una
antena de referencia, con la condición de que ambas antenas deben estar irradiando la
misma cantidad de potencia.
Para estos casos se asume que el tipo de antena utilizado es una antena isotrópica. Cuando
la ganancia directiva se considera máxima se le denomina directividad.
Representación gráfica sobre la Directividad
La ganancia de potencia es lo mismo que la ganancia directiva salvo que se utiliza es la
potencia total de la antena teniendo en cuenta para ello la deficiencia de la antena y que la
antena de referencia no presenta ningún tipo de pérdidas. Si la antena en mención se
considera como una antena sin pérdidas se dice que la antena irradia el 100 % de la
potencia de entrada concluyendo en ese caso particular que la ganancia de potencia y la
ganancia directiva son iguales. Comúnmente la ganancia de potencia es expresada en
decibelios. A

58. La expresión que permite calcular la ganancia directiva o directividad
La EIRP o potencia isotrópica efectiva irradiada se define como la potencia equivalente de
transmisión es decir es aquella potencia que debería irradiar una antena isotrópica para
alcanzar la misma densidad de potencia en la dirección elegida y en un determinado punto
que en otra antena. Para calcular la densidad de potencia en un determinado punto a una
distancia R de la antena transmisora, se puede utilizar: