Tema 6: Antenas y líneas de transmisión

6.1 Tipos de antenas

Dipolo de media onda (λ/2)

Antena fundamental. Dos elementos de λ/4 cada uno.

Longitud total ≈ 143 / f(MHz) metros (con factor de acortamiento)
Impedancia en el centro: ~73Ω (en espacio libre)

Alimentado en el centro

Impedancia baja (~73Ω), buena adaptación a coaxial 50-75Ω
Máximo de corriente, mínimo de tensión en punto de alimentación
Patrón omnidireccional perpendicular al eje

Alimentado en un extremo

Impedancia alta (~2500Ω)
Requiere adaptador de impedancia
Menor rendimiento que alimentación central

Dipolo plegado (folded dipole)

Dos conductores paralelos conectados en los extremos
Impedancia ~300Ω (4× dipolo simple)
Mayor ancho de banda
Usado como elemento de antenas Yagi

Antena vertical λ/4

Cuarto de onda vertical sobre plano de tierra
Impedancia ~36Ω (con plano de tierra perfecto)
Omnidireccional en azimut
Radiación en ángulo bajo, ideal para DX

Longitud ≈ 71.5 / f(MHz) metros

Plano de tierra (ground plane)

Vertical λ/4 con radiales
Radiales horizontales: Z ≈ 36Ω
Radiales a 45°: Z ≈ 50Ω (mejor adaptación)
Popular en VHF/UHF

Antena Yagi-Uda

Antena directiva con elementos parásitos
Reflector: ~5% más largo que el dipolo, detrás
Elemento activo: dipolo o dipolo plegado
Directores: ~5% más cortos, delante
Más elementos = más ganancia y directividad

Ganancia típica: 6-15 dBd según número de elementos
dBd = dB sobre dipolo

Antenas de apertura

Antena parabólica

Reflector parabólico con alimentador en el foco
Muy directiva, alta ganancia
Usada en microondas y satélites

G ≈ (π × D / λ)² × η
D = diámetro, η = eficiencia (~0.5-0.7)

Bocina (horn)

Transición gradual de guiaondas a espacio libre
Usada como alimentador de parábolas
Ganancia moderada

Dipolo con trampas

Circuitos LC (trampas) a lo largo del dipolo
Permiten operación multibanda
Cada trampa "acorta" eléctricamente la antena en su frecuencia

6.2 Características de las antenas

Distribución de tensión y corriente

En una antena resonante:

Dipolo λ/2: Máximo de corriente en el centro, máximo de tensión en los extremos
Vertical λ/4: Máximo de corriente en la base, máximo de tensión en la punta

Impedancia en el punto de alimentación

Antena	Impedancia típica
Dipolo λ/2 (centro)	~73Ω
Dipolo plegado	~300Ω
Vertical λ/4 (plano tierra perfecto)	~36Ω
Ground plane (radiales 45°)	~50Ω
Yagi (elemento activo)	20-50Ω

Impedancia de antenas no resonantes

Antena corta (< λ/4): Impedancia capacitiva
Antena larga (> λ/4): Impedancia inductiva

Polarización

Horizontal: Dipolo paralelo al suelo, Yagi horizontal
Vertical: Vertical, ground plane, Yagi vertical
Circular: Antenas helicoidales, crossed-yagi

Pérdida por desadaptación de polarización: 20-30 dB entre vertical y horizontal.

Ganancia

dBi: Ganancia respecto a antena isotrópica (radiador ideal omnidireccional).

dBd: Ganancia respecto a dipolo de media onda.

dBi = dBd + 2.15

Directividad

Concentración de energía en una dirección. Relacionada con la ganancia pero sin considerar pérdidas.

Eficiencia

Relación entre potencia radiada y potencia entregada. Depende de pérdidas óhmicas, suelo, etc.

Área de captura (apertura efectiva)

A_e = G × λ² / (4π)

Área equivalente que "captura" la energía de la onda incidente.

Potencia Efectiva Radiada (PER/ERP)

PER = P_transmisor × G_antena
En dB: PER(dBW) = P(dBW) + G(dBd)

Relación adelante-atrás (F/B)

Relación entre ganancia máxima (frente) y ganancia en dirección opuesta (espalda). En dB.

Diagramas de radiación

Plano horizontal (azimut): Vista desde arriba
Plano vertical (elevación): Vista lateral
Muestran lóbulo principal, lóbulos secundarios, nulos

6.3 Líneas de transmisión

Línea de conductores paralelos (escalerilla)

Dos conductores paralelos separados
Impedancia típica: 300-600Ω
Bajas pérdidas
Sensible a objetos cercanos
Línea equilibrada (balanceada)

Cable coaxial

Conductor central + malla exterior + dieléctrico
Línea no equilibrada (desbalanceada)
Insensible al entorno
Fácil de instalar

Tipo	Z₀	Pérdidas	Uso
RG-58	50Ω	Altas	HF baja potencia, VHF cortas distancias
RG-213	50Ω	Medias	HF media potencia
RG-8/RG-8X	50Ω	Medias	Uso general
LMR-400	50Ω	Bajas	VHF/UHF largas distancias
RG-59/RG-6	75Ω	Variables	TV, recepción

Guiaondas

Tubo metálico hueco (rectangular o circular)
Para microondas (>1 GHz)
Mínimas pérdidas a frecuencias muy altas
Dimensiones determinan frecuencia de corte

Impedancia característica

Z₀ = √(L/C)
L = inductancia por unidad de longitud, C = capacidad por unidad de longitud

Depende de geometría y materiales, NO de la longitud.

Factor de velocidad

v = c × VF
VF típico: 0.66 (polietileno), 0.80 (espuma), 0.95 (aire)

La velocidad de propagación en la línea es menor que en el vacío. Importante para calcular longitudes eléctricas.

ROE (Relación de Ondas Estacionarias)

ROE = (1 + |Γ|) / (1 - |Γ|) = Z_L/Z₀ o Z₀/Z_L (el mayor)
Γ = coeficiente de reflexión

ROE = 1:1 → Adaptación perfecta
ROE = 2:1 → Aceptable
ROE = 3:1 → Desadaptación moderada
ROE = ∞ → Cortocircuito o circuito abierto

Pérdidas en la línea

Pérdidas óhmicas (conductor)
Pérdidas en el dieléctrico
Aumentan con la frecuencia y la longitud
Aumentan con la desadaptación (ROE alto)

Balun

Dispositivo que convierte entre líneas balanceadas y desbalanceadas.

1:1 Solo cambio de balance, no de impedancia
4:1 Transforma impedancia (ej: 200Ω a 50Ω)
Tipos: Transformador, línea de transmisión (choke balun)

Línea λ/4 como transformador

Z_entrada = Z₀² / Z_carga

Un tramo de λ/4 transforma impedancias. Usado en adaptadores de antena.

Líneas abiertas y en cortocircuito

λ/4 abierta: Se comporta como cortocircuito (resonador serie)
λ/4 cortocircuito: Se comporta como circuito abierto (resonador paralelo)
Usadas como stubs para filtros y adaptación

Acoplador/sintonizador de antena (ATU)

Adapta impedancia entre transmisor y línea/antena
Redes típicas: L, Pi, T
NO reduce pérdidas en la línea por desadaptación
Permite usar antenas no resonantes