El IEEE define una Antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas.
La misión de una Antena es radiar la potencia que se le suministra con las características de direccionalidad adecuadas a la aplicación. Por ejemplo, en radiodifusión o comunicaciones móviles se querrá radiar sobre la zona de cobertura de forma omnidireccional, mientras que en radiocomunicaciones fijas interesará que las antenas sean direccionales.
Existen dos misiones básicas de una Antena: transmitir y recibir, imponiendo cada aplicación condiciones particulares sobre la direccionalidad de la Antena, niveles de potencia que debe soportar, frecuencia de trabajo y otros. Esta diversidad de situaciones da origen a un gran número de tipos de Antenas
La Antena ha de conectarse a un transmisor y radiar el máximo de potencia posible con un mínimo de pérdidas en ella. La Antena y el Transmisor han de adaptarse para una máxima transferencia de potencia en el sentido clásico de circuitos.
El Transmisor produce corrientes y campos que pueden ser medibles en puntos característicos de la Antena.
A la entrada de la Antena puede definirse la Impedancia de Entrada Ze mediante relaciones tensión-corriente en ese punto. Poseerá una parte real Re(w) y una imaginaria Xe(w), ambas dependientes en general de la frecuencia. Si Ze no presenta una parte reactiva a una frecuencia, se dice que es una Antena Resonante. Dado que la antena radia energía, hay una pérdida neta de potencia hacia el espacio debida a radiación, que puede ser asignada a una resistencia de radiación Rr, definida como el valor de la resistencia que disiparía óhmicamente la misma potencia que la radiada por la antena.
La impedancia de entrada es un parámetro de gran trascendencia ya que condiciona las tensiones de los generadores que se deben aplicar para obtener determinados valores de corriente en la antena y, en consecuencia una determinada potencia radiada.
La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido en una determinada dirección; sus unidades son vatios por estereoorradián y a grandes distancias tiene la propiedad de ser independiente de la distancia a la que se encuentre la antena.
La directividad D de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa misma distancia una antena isótropa que radiase la misma potencia que la antena
La polarización es una indicación de la orientación del vector de campo en un punto fijo del espacio al transcurrir el tiempo.
La polarización de una Antena en una dirección es la de la onda radiada por ella en esa dirección. La polarización de una onda es la figura geométrica descrita, al transcurrir el tiempo, por el extremo del vector campo eléctrico en un punto fijo del espacio en el plano perpendicular a la dirección de propagación.
Puede ser definido respecto a múltiples parámetros: diagrama de radiación, directividad, impedancia, etc., en contraposición a la definición habitual en circuitos, que se hace sobre la impedancia.
El Ancho de Banda de la antena lo impondrá el sistema del que forme parte y afectará al parámetro más sensible o crítico en la aplicación. Para su especificación los parámetros pueden dividirse en dos grupos, según se relacionen con el diagrama o con la impedancia. En el primero de ellos tenemos la directividad, la pureza de polarización, el ancho de haz, el nivel de lóbulo principal a secundario y la dirección de máxima radiación. En el segundo, la impedancia de la antena, el coeficiente de reflexión y la relación de onda estacionaria.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Página 17-30
Una antena capta de una onda incidente sobre ella parte e la potencia que transporta y la transfiere al receptor. La antena actúa como un sensor e interacciona con la onda y con el receptor, dando origen a una familia de parámetros asociados con la conexión circuital a éste y otra vinculada a la interacción electromagnética con la onda incidente.
Desde los terminales de la Antena, el receptor se ve como una impedancia de carga Zl=Rl+jXl, mientras que el receptor ve a la Antena como un generador ideal de tensión Vca e impedancia Za=Ra+jXa. La transferencia de potencia será máxima cuando haya adaptación conjugada (Zl=Za*). Entonces la potencia entregada por la antena a la carga será
Pl max = Vca^2 / 4Ra
En general, si no hay adaptación tendremos
Pl = Pl max*Ca
donde Ca es el coeficiente de desadaptación
La antena extrae potencia del frente de onda incidente, por lo que presenta una cierta área de captación o área efectiva Aef, definida como la relación ntre la potencia que entrega la antena a su carga (supuesta para esta definición sin perdidas y adaptada a la carga) y la densidad de potencia de la onda incidente
Aef=Pl /r
que representa físicamente la porción del frente de onda que la antena ha de interceptar y drenar de él toda la potencia contenida hacia la carga.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Página 25-26
En un sistema de comunicaciones ha de establecerse el balance de potencia entre el transmisor y el receptor, ya que el mínimo nivel de señal detectable en este último fija la potencia mínima que ha de suministrar el primero.
Si la antena transmisora radiara isotrópicamente una potencia Pr, estaríamos enviando señal por igual en todas las direcciones del espacio. Si consideramos inicialmente que el medio donde se propaga la onda no posee pérdidas, no se producirá absorción de energía en él y la potencia que atraviesa cualquier superficie esférica centrada en la antena será constante.
r = Pr/4pr^2
Una implicación importante de esta ley es que al doblar la distancia la densidad de potencia se reduce a la cuarta parte o en 6dB. Si estamos muy alejados de la antena, la perdida por kilómetro puede resultar muy reducida, a diferencia de las líneas de transmisión donde es una magnitud constante por kilómetro.
Al producto de la potencia isótropa radiada por una antena por la directividad, o de la potencia entregada por la ganancia, se le denomina potencia isótropa radiada equivalente, PIRE , y suele expresarse en dbW
PIRE = Pr*D = Pe*G
Un caso particular de ecuación de transmisión es el cálculo de la potencia reflejada por un blanco que capta una antena de radar. En el caso de un radar biestático, aquel en que el receptor está situado en una posición distinta a la del transmisor
Sobre el blanco, situado a una distancia R1 del transmisor, incide una onda con densidad de potencia ri , parte de la cual es interceptada y reradiada hacia el receptor que dista R2 del blanco. La relación entre ambas se define como la sección recta del radar del blanco s y tiene dimensiones de área. La potencia recibida en el receptor, Pl; valdrá en función de la potencia radiada Pr
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Página 25-29
Una antena recibe , además de señal, ruido. A la potencia de ruido disponible en los terminales de una antena receptora se le asocia una temperatura de ruido de la antena Ta, entendida como la temperatura a la que tendría que estar una resistencia para producir una potencia de ruido igual, es decir
Pn = k * TA * B
donde Pn es la Potencia de Ruido disponible en los bornes de la Antena, B es el Ancho de Banda, K=1.38*10^-23 J/K la constante de Boltzmann
Ref: Antenas. Angel Cardana, Alfaomega, Edición 2000. Página 30
