Introducción de las Antenas

Todo el mundo tiene una idea sobre qué es una antena: un aparato para mandar o recibir señales, básicamente. Hay muchísimos tipos de antenas: las parabólicas para ver la tele, las de los satélites, las de los móviles, las de la radio…

Parecen tremendamente diferentes unas de otras. Al fin y al cabo, ¿qué parecido tiene la antena de Arecibo con la del móvil?

                                                Antena de Tv. Crédito: Enoch Lau/Wikipedia

El fundamento de una antena es, en el fondo, bastante sencillo: se trata de un conductor por el que circula una corriente. Las explicaciones detalladas suponen entrar en electromagnetismo, lo cual es una serie en sí mismo con la que probablemente nos deleite Pedro un día de estos.

Hablemos pues de cómo funciona una antena. Hemos dicho que se trata de un conductor y una corriente. Para que la antena emita, la corriente debe variar con el tiempo (corriente alterna, como la del enchufe de las casas). Una de las propiedades fundamentales de las antenas es que son recíprocas: es decir, la antena es la misma para emitir que para recibir, sus propiedades son las mismas. Explicándolo un poco más en detalle, cuando una corriente variante en el tiempo circula por un conductor éste emite radiación, radia una onda proporcional a la variación de la corriente. Igualmente, cuando sobre un conductor incide una onda electromagnética provoca una variación de corriente.

Un ejemplo muy sencillo es el de las radios portátiles o la radio en la mayoría de los móviles actuales. En la mayoría de los casos es necesario tener puestos los auriculares para que funcione, ya que el propio cable de los cascos está haciendo de antena.

Ante esta explicación a alguno le vendrá a la cabeza una pregunta: “Si eso es así, ¿no deberían estar emitiendo radiación todos los cables de mi casa?”Ciertamente, sí. Todo conductor es una antena: si lleva corriente alterna emitirá y si no, sólo recibirá.

Evidentemente, un conductor que esté emitiendo (circulando una corriente por él) también recibirá, lo cual lleva a un problema típico a la hora de utilizar antenas y es que hay que tener cuidado de que las posibles señales que se reciban no alteren a las que se emiten y viceversa. En general, la corriente que circule por el conductor la habremos provocado con la intención de enviar un mensaje, con lo cual solemos hablar de señales. Hay veces que tendremos corrientes sin sentido (como podría ser la del cable de la aspiradora) y en ese caso hablamos de ruido.

Entonces, ¿por qué son tan diferentes unas antenas de otras? Para explicarlo hay que introducir el concepto de frecuencia y el de longitud de onda. La frecuencia es una medida de cómo de rápido varía una oscilación. En nuestro caso, cómo de rápido varía la corriente en el conductor. Las unidades de frecuencia son los Hercios (Hz) o, lo que es lo mismo, ciclos por segundo. Así, si tenemos una señal con una frecuencia de 100 Hz significa que en un segundo cambia 100 veces. Las únicas señales a las que se les puede decir que tienen frecuencia son aquellas que son periódicas, es decir, se repiten en el tiempo. La frecuencia mide cuándo vuelve a repetirse la señal. Un ejemplo tonto: un semáforo. Es periódico porque cada cierto rato se repite el patrón de luces: verde, amarillo, rojo. La frecuencia es cada cuánto se repite.

El otro concepto es el de longitud de onda, que está intrínsecamente relacionado con el de frecuencia. De hecho, son casi lo mismo, ya que los diferencia una constante.

Para hacernos una idea imaginemos ondas en un lago: tiramos una piedra y se forman círculos en el agua (ondas). La longitud de onda es la distancia entre dos crestas y por lo tanto se mide en metros.

                                     Ondas de diferentes frecuencias. Crédito: Wikipedia.

En el gráfico vemos claramente cómo la frecuencia y la longitud de onda están relacionadas: cuanto más rápido cambia, menor es la distancia entre crestas.

¿Por qué es todo esto importante? Porque con las antenas lo que transmitimos son ondas electromagnéticas:

Espectro electromagnético. Crédito: Wikipedia.

Como se ve en el gráfico, las ondas electromagnéticas abarcan un rango de frecuencias enormes. Bien, ¿y qué tiene que ver esto con las antenas? Muy sencillo.Para que una antena emita una señal en una frecuencia dada, ha de tener un tamaño proporcional a la longitud de onda asociada a esa frecuencia.Evidentemente, dado que son recíprocas, para recibir necesitarás la misma antena. Asímismo, la señal que circule por la antena emisora deberá tener dicha frecuencia.

Por eso para un móvil, que trabaja sobre los 1.8 GHz, necesitamos una antena pequeña, ya que la longitud de onda sobre la que trabajamos es de centímetros. En cambio para la radio estamos trabajando con frecuencias mucho más bajas. FM se mueve sobre los 100 MHz, lo cual nos da longitudes de onda de unos 3 metros.

Otro ejemplo: la corriente alterna de las casas funciona a 50 Hz (en EEUU 60 Hz), lo cual supone longitudes de onda de 6000 kilómetros (de ahí que los cables de la casa no anden interfiriendo constantemente).

Alguno quizá se pregunte ¿y las parabólicas qué? Al fin y al cabo tienen un “plato” que no siempre es un conductor. En el caso de las parabólicas la antena en sí está en el centro en un soporte, ya que el “plato” es en realidad un reflector. Su misión no es otra que hacer que la señal llegue mejor a la antena, como quien se pone la mano en la oreja para oir mejor. (Gráfico)

En el caso de Arecibo, que mencionaba al principio, casi toda la estructura es el reflector para mejorar la recepción de la señal. Al fin y al cabo la onda se emite desde un punto y luego se dispersa. Al igual que cuando tiras una piedra al lago las ondas se van extendiendo, con las señales que emitimos pasa lo mismo, así que para recibir bien una señal del espacio necesitamos reflectores enormes que consigan captar estas señales tan dispersas.

Creo que por ahora ya me he extendido bastante. Si a la gente le interesa se pueden ver más cosas de antenas, que al fin y al cabo esto no es más que un esbozo.