En términos simples, ¿cómo funciona una antena y qué tiene que ver su forma con la señal que está tratando de recibir?

Answer 1

Las ondas de radio viajan por el aire con un campo eléctrico (muy pequeño) que intenta capturar de arriba a abajo.

Si tiene un trozo de cable, parte de ese campo puede ser alto, otro bajo en diferentes lugares del cable: esa diferencia generará un voltaje en el cable entre esos lugares y puede usar la electrónica para amplificar eso y recuperar la señal.

La antena más simple es un poco de cable, y si conoce la longitud de onda, puede sintonizar su cable para que atrape la mayor parte del campo (” media onda ” = de pico a valle de una onda), ajustando la longitud de la onda. La antena que se adapta a la longitud de onda de la señal que desea recibir le proporciona más energía.

Es por eso que ve cables muy largos para sistemas antiguos y radios AM (longitud de onda larga = baja frecuencia, por ejemplo, radio AM a 680 kHz). A medida que aumenta la frecuencia, la antena puede ser más pequeña, hasta unos pocos cm para WiFi o 3G (frecuencia más alta = longitud de onda más corta a 2 GHz): si observa los mástiles de teléfonos celulares verá que algunos son más largos, otros más cortos.

Si lo desea, puede doblar su cable, tendrá la misma longitud pero tal vez captará más olas, o simplemente será más conveniente colocarlo en una caja.

Luego puede agregar más pedazos de metal: trabajar en equipo para recolectar más energía de la ola; o tal vez como un espejo para reflejar las ondas de radio en un foco (así es como funcionan obviamente las antenas parabólicas, pero la misma idea se aplica a algunos de los más extraños); o para ‘dar forma’ y dirigir las olas para ayudar a obtener una señal más fuerte.

A medida que entras en las formas complicadas, las matemáticas se vuelven realmente difíciles y solo unas pocas personas (sin incluirme) lo entienden.

Actualización : para una gran discusión sobre estos más complicados / más importantes en la realidad, vea ¿Por qué funciona esta pequeña antena Wifi de 1Ccm, 2.4 GHz?
Por ejemplo, la respuesta de Maynard Handley y Brian Roemmele

Answer 2

Las antenas por diseño se crean para sostener una onda estacionaria de frecuencias de radio. Es por eso que generalmente tienen 1/4 o 1/2 de longitud de onda de la frecuencia para la cual están diseñados. Esencialmente, la antena tendrá un punto de resonancia a una frecuencia dada. Cuando decimos resonancia aquí, significa que la señal tendrá un pico más grande a la frecuencia elegida, y otras frecuencias no mostrarán el valor pico.
En las antenas de transmisión, el punto de resonancia se puede encontrar fácilmente con un medidor SWR (relación de onda estacionaria), uno que mide la cantidad de potencia de salida del transmisor que se refleja en el transmisor. Para una antena puramente receptora, debe depender de sus cálculos.
En cuanto a la forma de la antena, se puede decir que depende de su aplicación y del tipo de señal que se recibirá. Si la señal transmitida es polarizada horizontalmente, la antena debe estar diseñada para ser paralela a la tierra. Las señales polarizadas verticalmente se reciben mejor con una antena perpendicular a la tierra. Ambos se consideran en la recepción de radio convencional.
Si no se conoce la polarización transmitida, se puede usar un diseño en espiral. Esto suele ser lo que se usa en dispositivos portátiles, ya que la ruta de RF puede ser bastante tortuosa. Habrá reflejos de muchos objetos. Una antena en espiral es esencialmente un cable recto largo de 1/4 o 1/2 onda, golpeado en el medio y girado para crear una espiral. Estos tipos se usan en la recolección ELIINT (Inteligencia Electrónica), ya que queremos que la antena sea promiscua. En las unidades de radio modernas, la espiral puede contener bordes cuadrados, como vemos en muchos dispositivos portátiles. En cualquier caso, las trazas de PCB siguen siendo múltiples (o fraccionales) del ancho de banda de la frecuencia diseñada. Otras variaciones están utilizando una ranura (o ranuras) en un plano cuyas geometrías también están determinadas por la longitud de onda de la señal recibida.

Answer 3

Bueno, en términos simples, una antena funciona de la misma manera que las olas viajan en un cuerpo de agua. Una oscilación de partículas de agua en el punto hace una perturbación en las partículas de agua a su lado. De esta manera, la perturbación se extiende hacia afuera, lejos del punto de origen. Lo mismo ocurre con la antena donde la oscilación del campo eléctrico y magnético actúa como las partículas de agua oscilantes. Primero, un electrón oscilante crea una perturbación en sus campos magnéticos y eléctricos. Estos campos tienen la propiedad de que cuando un campo magnético se perturba, crea un campo eléctrico perturbado en el espacio circundante. Del mismo modo, una perturbación en el campo eléctrico crea un campo magnético alterado en el espacio circundante. De esta manera, una perturbación crea otra perturbación en el espacio y transfiere la perturbación de un lugar a otro al igual que la perturbación de las partículas de agua. ¡Y voilá! La ola se extiende hacia afuera desde el lugar de origen. Lo bueno es que las ondas de antena no necesitan un medio para extenderse como las ondas de agua. Las ondas de antena crean su propio medio oscilante (el campo eléctrico conduce al campo magnético y viceversa) en su camino hacia el exterior.

En cuanto a la forma de la antena, tiene que ver con la eficiencia de la antena y la polarización de los campos eléctricos. En términos simples, algunas antenas hacen que el campo eléctrico oscile verticalmente en relación con la tierra. Por lo tanto, necesitamos una antena orientada verticalmente para capturarla. A veces, la señal recibida es tan semanal que necesitamos recolectar tanta energía como sea posible con un área grande. Ahí es donde entran las antenas de plato grandes.