Antena Helicoidal: Ganancia, Ancho de Banda y Polarización. Aprende cómo estas antenas ofrecen alta ganancia, amplio ancho de banda y polarización circular.
Antena Helicoidal: Ganancia, Ancho de Banda y Polarización
La antena helicoidal es un tipo de antena que se utiliza extensamente en aplicaciones de comunicación debido a su alta ganancia, amplio ancho de banda y facilidad de construcción. Este tipo de antena consiste en un conductor enrollado en forma de hélice y se puede utilizar en una variedad de configuraciones dependiendo de las necesidades del sistema de comunicación. En este artículo, exploraremos los conceptos clave de la ganancia, el ancho de banda y la polarización de las antenas helicoidales.
Fundamentos de la Antena Helicoidal
Las antenas helicoidales fueron introducidas por primera vez en 1947 por John Kraus. Estas antenas se pueden clasificar en dos modos principales de operación: el modo normal y el modo axial. En el modo normal, las espiras de la hélice están suficientemente separadas y la radiación es principalmente perpendicular al eje de la hélice. En el modo axial, las espiras están más cercanas entre sí y la radiación es principalmente a lo largo del eje de la hélice.
Ganancia
La ganancia de una antena es una medida de cuán eficiente es la antena en la dirección deseada. En las antenas helicoidales en modo axial, la ganancia aumenta con el número de espiras N y el radio de la hélice R. La ganancia G (en dBi) de una antena helicoidal en modo axial se puede aproximar usando la siguiente fórmula:
\( G \approx 10 \log_{10}(2 \pi N \frac{S}{\lambda}) \)
donde:
Una mayor ganancia implica una dirección de radiación más enfocada, lo que es ventajoso en aplicaciones donde se necesita transmitir o recibir señales a grandes distancias.
Ancho de Banda
El ancho de banda de una antena se refiere al rango de frecuencias sobre el cual la antena puede operar efectivamente. Las antenas helicoidales en modo axial presentan un amplio ancho de banda, que puede ser una fracción significativa de la frecuencia de operación. El ancho de banda relativo \( BW \) como porcentaje se puede expresar mediante la siguiente ecuación aproximada:
\( BW \approx \frac{\Delta f}{f} \times 100 \)
donde:
Las antenas helicoidales son particularmente útiles en aplicaciones donde se necesita cubrir una amplia gama de frecuencias sin cambiar la configuración de la antena.
Polarización
La polarización de una antena es la orientación de la onda electromagnética radiada por la antena. Para las antenas helicoidales en modo axial, la polarización es circular. Esto significa que el campo eléctrico de la onda radiada rota en un círculo, ofreciendo ventajas en aplicaciones donde la orientación de la antena receptora puede variar.
Teoría de la Antena Helicoidal
La antena helicoidal en modo axial se comporta similarmente a una antena de onda de recorrido, lo que significa que las señales se propagan a lo largo de la hélice y se radiar desde cada espira. La longitud de onda efectiva \(\lambda_e\) de la hélice puede diferir de la longitud de onda libre en el espacio \(\lambda\). Para diseñar una antena helicoidal, se deben considerar los siguientes parámetros:
El comportamiento de la antena helicoidal puede ser entendida en términos de la longitud de onda helicoidal (\(\lambda_h\)), la cual está relacionada con la longitud de onda en espacio libre (\(\lambda\)) de acuerdo a la siguiente fórmula:
\(\lambda_h = \sqrt{S^2 + (2 \pi R)^2 } \)
Al diseñar la antena helicoidal, se debe asegurar que la longitud de la hélice (\( N S \)) es al menos algunas longitudes de onda (\(\lambda_h\)) para que los modos de radiación axial sean dominantes.