En un entorno donde la información a tiempo real es imprescindible para la correcta toma de decisiones, las antenas juegan un papel determinante. Gracias a ellas somos capaces de comunicarnos sin necesidad de cables, tenemos acceso a todo tipo de información en cualquier lugar y en cualquier momento.
Desde hace mucho tiempo el ser humano ha tenido la necesidad de comunicarse, y ésta comunicación le ha permitido crear redes sociales, que a su vez, se han comunicado con otras, y siempre lo ha hecho según las posibilidades tecnológicas propias de cada época o situación.
Hoy día es imposible concebir un mundo sin TIC's (es decir, Tecnologías de la Información y la Comunicación) y muy pocas veces nos damos cuenta que uno de los pilares de estas tecnologías son las antenas. En este artículo trataré de mostrar, qué son, cómo funcionan, por qué son tan importantes y cómo están presentes hoy día.
Enrique, un ingeniero civil que trabaja en Construcciones S.A., se acaba de despertar, y con los ojos entrecerrados, ha puesto la televisión para ver cómo van sus acciones en el mercado de valores, sintonizando el canal digital de Economía TV. Se dirige a la cocina para tomarse un buen café, porque como él dice; “No soy persona hasta que tomo café”, y como todas las mañanas, gracias al sistema domótico que tiene en casa el café está recién hecho.
Han pasado 45 minutos desde que Enrique comenzó el día, ya está en el coche, y hoy, antes de ir a la oficina, tiene que pasar a ver una obra que está haciendo en el pueblecito de Villaarriba. Como nunca ha ido enciende el navegador GPS del coche y mientras oye las principales noticias del día en la radio, la chica del navegador - con su educada voz electrónica - le da las indicaciones de qué ruta debe tomar. Cuando llega a la obra se da cuenta de que parte de los obreros no están trabajando y tras poner el rostro serio, le pregunta al jefe de obra. Éste, que ya conocía la naturaleza del problema le indica que no pueden trabajar porque les falta tabiques de tres agujeros, y a pesar de que se avisó al servicio telemático de stock de la obra con veinticuatro horas de antelación, a causa de una caída de los servidores de gestión de materiales, este (el servidor) no dio orden de aviso a la empresa de suministros. Así que Enrique toma aire, coge su PDA, accede vía WIFI a los datos del servidor, rehace el pedido a mano y reenvía desde el servidor a la empresa suministradora, vía 3G, todo el pedido. Inmediatamente recibe un SMS (“Short Message Service”; Servicio de mensajes cortos) dando el ok por parte de la empresa suministradora - todo arreglado -, pero… ha perdido casi una mañana de trabajo y ahora arenga a los obreros para que recuperen el tiempo perdido.
Esta pequeña historia nos demuestra la absoluta importancia de las antenas en la vida de Enrique, sin ellas no podría haber hecho la mayoría de las cosas, pero, vayamos por partes.
Lo primero y fundamental es definir el concepto de antena; una antena es un dispositivo que es capaz de emitir y recibir ondas de radio. A grandes rasgos existen dos grupos, las antenas emisoras o transmisoras y las antenas receptoras.
Cuando se ha levantado, como todos recordaréis, ha encendido la televisión y ha sintonizado el canal de Economía TV que pertenece a una plataforma digital; para que Enrique pueda ver el programa, en el tejado de su casa hay una antena parabólica, o dicho de otra manera, una antena reflectora de tipo Offset, este tipo de antenas tan conocidas por todos se basa en un par de conceptos para funcionar, en primer lugar en el caso de una antena receptora la propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco, que está centrado en el paraboloide (en el plato que todos vemos). Y en segundo lugar, en el caso de una antena emisora, las ondas que surgen del foco (o técnicamente llamado alimentador) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.
A parte de la antena Offset que usa Enrique, hay otros dos tipos de antenas reflectoras: los Reflectores de Foco primario, y los Reflectores Cassegrain. Los primeros son los más sencillos, y esto produce que su rendimiento no sea muy efectivo (en torno al 60% de la energía que llega a la antena, llega al foco y el resto se pierde. En el caso de las antenas (o reflectores) Cassegrain, presentan una gran directividad, es decir, son capaces de dirigir su radiación en una dirección concreta, son muy potentes y tienen un receptor con poco ruido, que significa que el receptor genera pocas interferencia en la señal. La forma de los reflectores Cassegrain es hiperbólico y su modo de funcionamiento es diferente al de las antenas Offset y de Foco primario.
Esta primera parte de antenas que hemos visto engloba las llamadas antenas reflectoras, pero en la vida de Enrique hay otros dos tipos de antenas imprescindibles para su forma de vida, las antenas de hilo o dipolo, y las antenas de parche o planas.
Como hemos visto enrique se ha montado en el coche y ha puesto la radio para escuchar las noticias; su coche, como el resto de coches, lleva incorporada una antena (a veces en el techo, a veces en el lateral) denominada Monopolo Vertical, que es un tipo de Antena de Hilo o Dipolo de los más sencillo, compuesto por un brazo rectilíneo que suele estar en posición vertical. Este tipo de antenas se alimenta en su base y tiene una alimentación asimétrica, es decir, cuando un brazo está a cero voltios el otro experimenta el cambio de tensión y se conecta a la radio mediante un cable coaxial.
A parte de los monopolos verticales, otros tipos de antenas de dipolo son los Dipolos Simples, Dipolos Cortados, Dipolos con brazos en V, etc. Todos estos son muy parecidos y se basan en los conceptos que hemos visto anteriormente.
Una de las aplicaciones prácticas más conocidas de las antenas de dipolo son las Antenas Yagi-Uda, que en cristiano, es una antena de televisión de toda la vida, esta se compone de un elemento conductor, unos reflectores y unos directores de guía cuya función es la de dirigir el patrón de radiación en el sentido que queramos.
Por otra parte y ya visto como funciona la radio del coche de Enrique nos centraremos en cómo funciona (desde el punto de vista de las antenas) el GPS portátil que tiene Enrique puesto en el salpicadero.
El GPS (Sistema de posicionamiento Global) es un dispositivo que nos permite saber dónde estamos con absoluta precisión, y además, si está integrado en un mapa, sabemos en qué calle, en qué punto del cielo o del océano estamos. Los sistemas de posicionamiento tienen su origen en la tecnología militar para guiar los misiles a su objetivo, aunque hoy más bien guíen a los 'domingueros' a su restaurante. Por supuesto, las aplicaciones no se quedan ahí. Sin GPS, hoy no serían lo mismo el tráfico aéreo, la navegación marítima, la cartografía, la topografía y muchos deportes de aventura. En un futuro próximo el sistema GPS podrá guiar a los coches sin necesidad de intervención del conductor.
En el caso de Enrique, su GPS portátil dispone de una Antena de Parche o Antena Plana integrada en la circuitería del dispositivo. Estas antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico, lo que, según el tamaño de la antena tendrá un patrón determinado de radiación. Su fabricación es sencilla y barata, son robustos, combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones, pero, también son poco eficientes, tienen una limitada potencia, alto factor de calidad y son de banda estrecha.
Las aplicaciones más importantes para las que están diseñadas estas antenas planas o de parche, a parte de los GPS, son: antenas de móviles, aplicadores de calor en tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y en general todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Enrique ya ha llegado a la obra y ahora consulta con su PDA los informes de stock vía WI-FI, que es un sistema de envío de datos sobre redes que utiliza ondas de radio en lugar de cables. Para ello se necesita una antena en la PDA que emita y reciba los datos y otra antena que esté donde se controla el stock de la obra. En este caso, la empresa de Enrique instaló una caseta prefabricada donde se gestionaba todo lo relacionado con la obra y montó una antena Logoperiódica WI-FI de 2,4 GHz que daba cobertura a todo el solar donde iba a construirse para que los jefes de obra pudieran consultar, a tiempo real, el stock de materiales, cuántos trabajadores están en la obra, el tiempo de espera de algunos materiales que estaban por servir, etc.
La Antena Logoperiódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos, usados habitualmente para redes WI-FI o antenas de televisión.
Una vez consultado el stock y solucionado el error de los servidores, envía desde la caseta prefabricada, vía 3G, a la empresa de suministro el nuevo pedido. Para enviar esta información, la caseta dispone de una antena plana GSM (Sistema Global de comunicaciones Móviles) direccional multibanda 3G. El sistema GSM es el medio de comunicaciones que usan todos los teléfonos móviles (a excepción de los teléfonos por satélite) y en este caso específico también envía la información por 3G que es una denominación para tercera-generación de telefonía móvil. Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como el envío de información, la descarga de programas, intercambio de email, mensajería instantánea).
Para permitir este envío de información es imprescindible contar con cobertura GSM y 3G en la zona, que existe gracias a los conjuntos de antenas que los proveedores de servicio móvil tienen por todo el país. Este conjunto de antenas se llaman Arrays de antenas y son torres metálicas con múltiples tipos de antenas (planas, reflectores parabólicos, etc.) cuyo diseño ha sido pensado para permitir la máxima cobertura con el mínimo número de antenas.
Si nos fijamos un poco en la vida de Enrique nos damos cuenta de la importancia tan relevante que tienen las antenas en su mundo. No vería su programa favorito en la tele por las mañanas sino tuviera una parabólica y una antena Yagi-Uda en el tejado de su casa, no escucharía la radio sin el monopolo vertical del coche, no sabría llegar a Villaarriba sin un mapa si no tuviera la antena de parche integrada en el GPS portátil que le indica el camino, no podría consultar el pedido de stock de la obra y ésta, a su vez, no podría realizar los pedidos a la empresa de suministros de forma automática, si no tuviera la antena plana sobre la caseta prefabricada y, además, nada de esto sería posible, como hablar por el teléfono móvil sin la cobertura de GSM y 3G en la zona de la obra de Enrique.
A modo de conclusión Enrique podría hacer parte de su trabajo sin las antenas pero, hoy día, y a la velocidad a la que se mueve el mercado, Enrique y su empresa se encontrarían en la edad de piedra tecnológica, perdiendo una batalla en la que las empresas necesitan tener la información en tiempo real para poder tomar mejores decisiones. Gracias a las antenas el mundo se mueve más rápido, más conectado, desaparecen las barreras de la distancia y obtenemos la información cuando queremos, como queremos y donde queremos.
Y el día para Enrique… no ha hecho más que empezar.
Desde hace mucho tiempo el ser humano ha tenido la necesidad de comunicarse, y ésta comunicación le ha permitido crear redes sociales, que a su vez, se han comunicado con otras, y siempre lo ha hecho según las posibilidades tecnológicas propias de cada época o situación.
Hoy día es imposible concebir un mundo sin TIC's (es decir, Tecnologías de la Información y la Comunicación) y muy pocas veces nos damos cuenta que uno de los pilares de estas tecnologías son las antenas. En este artículo trataré de mostrar, qué son, cómo funcionan, por qué son tan importantes y cómo están presentes hoy día.
Enrique, un ingeniero civil que trabaja en Construcciones S.A., se acaba de despertar, y con los ojos entrecerrados, ha puesto la televisión para ver cómo van sus acciones en el mercado de valores, sintonizando el canal digital de Economía TV. Se dirige a la cocina para tomarse un buen café, porque como él dice; “No soy persona hasta que tomo café”, y como todas las mañanas, gracias al sistema domótico que tiene en casa el café está recién hecho.
Han pasado 45 minutos desde que Enrique comenzó el día, ya está en el coche, y hoy, antes de ir a la oficina, tiene que pasar a ver una obra que está haciendo en el pueblecito de Villaarriba. Como nunca ha ido enciende el navegador GPS del coche y mientras oye las principales noticias del día en la radio, la chica del navegador - con su educada voz electrónica - le da las indicaciones de qué ruta debe tomar. Cuando llega a la obra se da cuenta de que parte de los obreros no están trabajando y tras poner el rostro serio, le pregunta al jefe de obra. Éste, que ya conocía la naturaleza del problema le indica que no pueden trabajar porque les falta tabiques de tres agujeros, y a pesar de que se avisó al servicio telemático de stock de la obra con veinticuatro horas de antelación, a causa de una caída de los servidores de gestión de materiales, este (el servidor) no dio orden de aviso a la empresa de suministros. Así que Enrique toma aire, coge su PDA, accede vía WIFI a los datos del servidor, rehace el pedido a mano y reenvía desde el servidor a la empresa suministradora, vía 3G, todo el pedido. Inmediatamente recibe un SMS (“Short Message Service”; Servicio de mensajes cortos) dando el ok por parte de la empresa suministradora - todo arreglado -, pero… ha perdido casi una mañana de trabajo y ahora arenga a los obreros para que recuperen el tiempo perdido.
Esta pequeña historia nos demuestra la absoluta importancia de las antenas en la vida de Enrique, sin ellas no podría haber hecho la mayoría de las cosas, pero, vayamos por partes.
Lo primero y fundamental es definir el concepto de antena; una antena es un dispositivo que es capaz de emitir y recibir ondas de radio. A grandes rasgos existen dos grupos, las antenas emisoras o transmisoras y las antenas receptoras.
Cuando se ha levantado, como todos recordaréis, ha encendido la televisión y ha sintonizado el canal de Economía TV que pertenece a una plataforma digital; para que Enrique pueda ver el programa, en el tejado de su casa hay una antena parabólica, o dicho de otra manera, una antena reflectora de tipo Offset, este tipo de antenas tan conocidas por todos se basa en un par de conceptos para funcionar, en primer lugar en el caso de una antena receptora la propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco, que está centrado en el paraboloide (en el plato que todos vemos). Y en segundo lugar, en el caso de una antena emisora, las ondas que surgen del foco (o técnicamente llamado alimentador) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.
A parte de la antena Offset que usa Enrique, hay otros dos tipos de antenas reflectoras: los Reflectores de Foco primario, y los Reflectores Cassegrain. Los primeros son los más sencillos, y esto produce que su rendimiento no sea muy efectivo (en torno al 60% de la energía que llega a la antena, llega al foco y el resto se pierde. En el caso de las antenas (o reflectores) Cassegrain, presentan una gran directividad, es decir, son capaces de dirigir su radiación en una dirección concreta, son muy potentes y tienen un receptor con poco ruido, que significa que el receptor genera pocas interferencia en la señal. La forma de los reflectores Cassegrain es hiperbólico y su modo de funcionamiento es diferente al de las antenas Offset y de Foco primario.
Esta primera parte de antenas que hemos visto engloba las llamadas antenas reflectoras, pero en la vida de Enrique hay otros dos tipos de antenas imprescindibles para su forma de vida, las antenas de hilo o dipolo, y las antenas de parche o planas.
Como hemos visto enrique se ha montado en el coche y ha puesto la radio para escuchar las noticias; su coche, como el resto de coches, lleva incorporada una antena (a veces en el techo, a veces en el lateral) denominada Monopolo Vertical, que es un tipo de Antena de Hilo o Dipolo de los más sencillo, compuesto por un brazo rectilíneo que suele estar en posición vertical. Este tipo de antenas se alimenta en su base y tiene una alimentación asimétrica, es decir, cuando un brazo está a cero voltios el otro experimenta el cambio de tensión y se conecta a la radio mediante un cable coaxial.
A parte de los monopolos verticales, otros tipos de antenas de dipolo son los Dipolos Simples, Dipolos Cortados, Dipolos con brazos en V, etc. Todos estos son muy parecidos y se basan en los conceptos que hemos visto anteriormente.
Una de las aplicaciones prácticas más conocidas de las antenas de dipolo son las Antenas Yagi-Uda, que en cristiano, es una antena de televisión de toda la vida, esta se compone de un elemento conductor, unos reflectores y unos directores de guía cuya función es la de dirigir el patrón de radiación en el sentido que queramos.
Por otra parte y ya visto como funciona la radio del coche de Enrique nos centraremos en cómo funciona (desde el punto de vista de las antenas) el GPS portátil que tiene Enrique puesto en el salpicadero.
El GPS (Sistema de posicionamiento Global) es un dispositivo que nos permite saber dónde estamos con absoluta precisión, y además, si está integrado en un mapa, sabemos en qué calle, en qué punto del cielo o del océano estamos. Los sistemas de posicionamiento tienen su origen en la tecnología militar para guiar los misiles a su objetivo, aunque hoy más bien guíen a los 'domingueros' a su restaurante. Por supuesto, las aplicaciones no se quedan ahí. Sin GPS, hoy no serían lo mismo el tráfico aéreo, la navegación marítima, la cartografía, la topografía y muchos deportes de aventura. En un futuro próximo el sistema GPS podrá guiar a los coches sin necesidad de intervención del conductor.
En el caso de Enrique, su GPS portátil dispone de una Antena de Parche o Antena Plana integrada en la circuitería del dispositivo. Estas antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico, lo que, según el tamaño de la antena tendrá un patrón determinado de radiación. Su fabricación es sencilla y barata, son robustos, combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones, pero, también son poco eficientes, tienen una limitada potencia, alto factor de calidad y son de banda estrecha.
Las aplicaciones más importantes para las que están diseñadas estas antenas planas o de parche, a parte de los GPS, son: antenas de móviles, aplicadores de calor en tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y en general todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Enrique ya ha llegado a la obra y ahora consulta con su PDA los informes de stock vía WI-FI, que es un sistema de envío de datos sobre redes que utiliza ondas de radio en lugar de cables. Para ello se necesita una antena en la PDA que emita y reciba los datos y otra antena que esté donde se controla el stock de la obra. En este caso, la empresa de Enrique instaló una caseta prefabricada donde se gestionaba todo lo relacionado con la obra y montó una antena Logoperiódica WI-FI de 2,4 GHz que daba cobertura a todo el solar donde iba a construirse para que los jefes de obra pudieran consultar, a tiempo real, el stock de materiales, cuántos trabajadores están en la obra, el tiempo de espera de algunos materiales que estaban por servir, etc.
La Antena Logoperiódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos, usados habitualmente para redes WI-FI o antenas de televisión.
Una vez consultado el stock y solucionado el error de los servidores, envía desde la caseta prefabricada, vía 3G, a la empresa de suministro el nuevo pedido. Para enviar esta información, la caseta dispone de una antena plana GSM (Sistema Global de comunicaciones Móviles) direccional multibanda 3G. El sistema GSM es el medio de comunicaciones que usan todos los teléfonos móviles (a excepción de los teléfonos por satélite) y en este caso específico también envía la información por 3G que es una denominación para tercera-generación de telefonía móvil. Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como el envío de información, la descarga de programas, intercambio de email, mensajería instantánea).
Para permitir este envío de información es imprescindible contar con cobertura GSM y 3G en la zona, que existe gracias a los conjuntos de antenas que los proveedores de servicio móvil tienen por todo el país. Este conjunto de antenas se llaman Arrays de antenas y son torres metálicas con múltiples tipos de antenas (planas, reflectores parabólicos, etc.) cuyo diseño ha sido pensado para permitir la máxima cobertura con el mínimo número de antenas.
Si nos fijamos un poco en la vida de Enrique nos damos cuenta de la importancia tan relevante que tienen las antenas en su mundo. No vería su programa favorito en la tele por las mañanas sino tuviera una parabólica y una antena Yagi-Uda en el tejado de su casa, no escucharía la radio sin el monopolo vertical del coche, no sabría llegar a Villaarriba sin un mapa si no tuviera la antena de parche integrada en el GPS portátil que le indica el camino, no podría consultar el pedido de stock de la obra y ésta, a su vez, no podría realizar los pedidos a la empresa de suministros de forma automática, si no tuviera la antena plana sobre la caseta prefabricada y, además, nada de esto sería posible, como hablar por el teléfono móvil sin la cobertura de GSM y 3G en la zona de la obra de Enrique.
A modo de conclusión Enrique podría hacer parte de su trabajo sin las antenas pero, hoy día, y a la velocidad a la que se mueve el mercado, Enrique y su empresa se encontrarían en la edad de piedra tecnológica, perdiendo una batalla en la que las empresas necesitan tener la información en tiempo real para poder tomar mejores decisiones. Gracias a las antenas el mundo se mueve más rápido, más conectado, desaparecen las barreras de la distancia y obtenemos la información cuando queremos, como queremos y donde queremos.
Y el día para Enrique… no ha hecho más que empezar.
Para conseguir polarización circular es necesario combinar un modo vertical y un modo horizontal en cuadratura.
El potencial vector magnético es:
El problema es el dual de una agrupación de dos dipolos paralelos al eje z, en este caso la polarización será horizontal.
