Las antenas de látigo, reconocibles por su delgado diseño de varilla/alambre, deben su nombre al movimiento flexible en forma de látigo que presentan al ser golpeadas. Aunque de aspecto sencillo, estas antenas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde radios portátiles hasta sistemas de comunicación avanzados. Las antenas de látigo, cuyas raíces se remontan a los primeros tiempos de la radiocomunicación, han desempeñado desde entonces un importante papel en el campo de las comunicaciones inalámbricas.
Este artículo pretende explorar las características únicas, los tipos, los casos de uso y los aspectos tecnológicos de las antenas de látigo que las distinguen como un elemento indispensable en el panorama de las comunicaciones inalámbricas. Además, pretende ofrecer claves a tener en cuenta a la hora de seleccionar e instalar una antena de látigo para garantizar su rendimiento óptimo.
Introducción a las antenas de látigo
La antena de látigo se introdujo en el proceso de desarrollo de un sistema de radiocomunicación portátil durante la Segunda Guerra Mundial. La necesidad de un dispositivo de comunicación fiable y compacto contribuyó significativamente a materializar el diseño actual de la antena de látigo. Estas mejoras condujeron posteriormente a la adopción generalizada de antenas de látigo en sistemas portátiles de radiofrecuencia (RF) en aplicaciones civiles de posguerra, revolucionando la comunicación personal y comercial.
La antena de látigo es un elemento fundamental de los sistemas de comunicación por radiofrecuencia y suele consistir en una fina varilla o cable flexible cuyo extremo inferior está conectado a un transmisor o receptor. Como la antena está montada verticalmente, actúa como señales irradiando en todas direcciones en un plano horizontal excepto su punto ciego cónico.
Utilizado principalmente en alta frecuencia (HF), de muy alta frecuencia (VHF) y de frecuencia ultraalta (UHF), las antenas de látigo tienen varias longitudes: las más cortas se utilizan con radios portátiles y walkie-talkies, mientras que las versiones más largas se montan en tejados y mástiles de radio, y sirven como antenas de mano. antenas de estación base.
Diseño y estructura de la antena de látigo
La estructura básica de una antena de látigo consiste en un alambre o varilla recta y flexible, normalmente de un material conductor como el acero o el aluminio. Sin embargo, para operaciones como las radios portátiles, también puede implementarse como una serie de tubos metálicos entrelazados que pueden replegarse cuando no se utilizan.
Los elementos de una antena de látigo típica incluyen,
1. Núcleo conductor:
Cable sólido o trenzado de acero inoxidable, acero revestido de cobre o materiales similares al aluminio.
2. Funda protectora
El revestimiento flexible de goma o plástico, además de actuar como superficie protectora, ofrece:
- Aislamiento, que evita el contacto accidental con el elemento conductor.
- En algunos casos, aumenta la flexibilidad de la antena.
Sin embargo, esta característica se encuentra sobre todo en las antenas de látigo que funcionan en condiciones adversas.
3. Conector de base:
Sujeta la antena de látigo a la radio o al hardware de montaje. En función de la aplicación, se suelen utilizar espárragos roscados, conectores BNC o conectores SMA.
4. Bobina de carga:
Antenas látigo diseñadas para aplicaciones compactas; incorporan una bobina de carga cerca de su base. Esta bobina aumenta la longitud eléctrica efectiva de la antena sin aumentar su tamaño físico.
La longitud de la antena es otra limitación importante en el diseño de antenas de látigo. La longitud de la antena corresponde a la longitud de onda de su gama de frecuencias operativas. Las antenas más largas se utilizan para frecuencias más bajas (como HF y VHF) y las más cortas para frecuencias más altas. La longitud oscila entre 1/10 de longitud de onda y 5/8 de longitud de onda, siendo la más popular 1/4 de longitud de onda.
Sin embargo, algunas antenas de látigo de longitud corta utilizan técnicas como bobinas de carga o sombreros capacitivos para aumentar su longitud eléctrica sin aumentar su longitud física debido a consideraciones prácticas.
El tipo de material utilizado en una antena de látigo afecta a la conductividad, el peso y la resistencia a la corrosión de la antena, contribuyendo en última instancia a su rendimiento y durabilidad. Algunos de los tipos de material más utilizados son,
- Acero:
El acero ofrece una excelente combinación de resistencia y durabilidad, lo que lo convierte en una opción resistente.
- Aluminio:
La combinación de buena conductividad y ligereza lo convierte en una opción popular para dispositivos portátiles.
- Fibra de vidrio:
Como ofrece una combinación de fuerza, flexibilidad y resistencia a la intemperie, se utiliza más a menudo para látigos más largos, montados en vehículos y estructuras.
Tipos de antenas de látigo
Antena de látigo monopolo
Es el tipo de antena de látigo más básico y utilizado. Consiste en un único conductor recto montado perpendicularmente a un plano de tierra (la carrocería metálica de un vehículo o un sistema de cables de contrapeso que actúa como la segunda mitad del sistema de antena). A su popularidad contribuye su:
- Diseño sencillo y rentable
- Longitud típica de un cuarto de longitud de onda
- Diagrama de radiación omnidireccional en el plano horizontal
Las antenas de látigo monopolo son especialmente eficaces para aplicaciones como autorradios, transceptores portátiles y estaciones base que requieren una amplia zona de cobertura y en las que el tamaño no es una limitación importante.
Antena de pato de goma
Se trata de una versión acortada y flexible de la antena de látigo monopolo. Especialmente diseñado para la portabilidad y durabilidad, sus características notables incluyen:
- Tamaño compacto, normalmente bastante más corto que un cuarto de longitud de onda
- Envuelto en una funda de goma o plástico para mayor protección y flexibilidad
- Una bobina de carga incorporada para compensar la longitud reducida
Aunque las antenas de pato de goma son excelentes en cuanto a portabilidad y robustez, su eficiencia se ve compensada por su tamaño compacto. Sin embargo, para muchas aplicaciones portátiles, como dispositivos de mano como walkie-talkies, radios portátiles y algunos routers Wi-Fi, esta contrapartida es aceptable dada la significativa mejora en usabilidad y durabilidad.
Antena de látigo con resorte
Las antenas de látigo con resorte están especialmente diseñadas para funcionar en entornos con riesgo de sufrir tensiones físicas o impactos. Su característica definitoria, la base flexible con resorte, permite que la antena se doble y vuelva a su posición original, lo que la hace adecuada para mantener un rendimiento constante en entornos difíciles en los que una antena rígida podría fallar o desalinearse con frecuencia.
La antena de látigo montada en resorte se utiliza habitualmente en aplicaciones montadas en vehículos, en particular para vehículos todoterreno y equipos de construcción en los que se requiere una gran durabilidad y resistencia a los daños por colisiones u obstáculos de poca altura.
Antena de látigo montada en el vehículo
Este tipo de antena de látigo está especialmente diseñado de acuerdo con la aerodinámica asociada, el viento y la durabilidad del tiempo y de fácil montaje con automóviles, camiones y otros vehículos. Sus características únicas incluyen:
- Diversas opciones de montaje, como soportes magnéticos, soportes de orificio pasante y soportes de clip
- Mecanismos basculantes o abatibles para despejar zonas de baja altura
A menudo más largas que las antenas portátiles, lo que facilita un mejor rendimiento en frecuencias más bajas, estas antenas se utilizan sobre todo para radios CB, radioaficionados y sistemas de comunicación de flotas.
Antena de látigo telescópica
Estas antenas incorporan una serie de tubos entrelazados que permiten ajustar su longitud, lo que las hace aptas para operaciones multibanda. Sus características notables incluyen:
- Capacidad para extenderse o retraerse a diferentes longitudes
- Su compacidad las hace ideales para el almacenamiento o el transporte
La naturaleza ajustable de las antenas telescópicas permite a los usuarios manipular su longitud para una gama de frecuencias, lo que las hace especialmente útiles en receptores portátiles de onda corta, radios escáner y antenas de TV que operan en una amplia gama de frecuencias.
Antena de látigo
Las antenas de látigo Stubby son las versiones ultracompactas de las antenas de látigo, lo que las convierte en candidatas ideales para aplicaciones de tamaño crítico. Se caracteriza por su:
- Longitud extremadamente corta
- Inductancia muy cargada que compensa su corta longitud
Utilizadas principalmente para aplicaciones de UHF y frecuencias más altas, estas antenas de látigo son las más utilizadas en los modernos teléfonos inteligentes, dispositivos Bluetooth y algunos equipos de radio tácticos.
Aunque las antenas stubby ofrecen una compacidad sin igual, tienen la eficiencia más baja entre los tipos de antenas de látigo. Sin embargo, este inconveniente se ve compensado por la importante reducción de tamaño que proporciona en muchas aplicaciones de electrónica de consumo de alta frecuencia.
Gama de frecuencias y aplicaciones
Radios CB (26.965 - 27.405 MHz)
La radio de banda ciudadana (CB) es una de las aplicaciones más conocidas de las antenas de látigo. Operando en el rango de cruce HF/VHF, las radios CB son ampliamente utilizadas en:
- Industria del transporte por carretera para la comunicación entre conductores
- Aficionados al todoterreno para coordinar actividades
- Comunicación de emergencia en caso de catástrofe natural
- Operaciones comerciales locales para la coordinación de equipos a corto plazo
Las antenas de látigo de CB suelen ser más largas debido al rango de frecuencia más bajo, a menudo alrededor de 102 pulgadas (2,6 metros) para antenas de cuarto de onda completo. Sin embargo, también son comunes las antenas más cortas y cargadas para un montaje más práctico en el vehículo.
Banda VHF (30 - 300 MHz)
Las antenas de látigo tienen una amplia gama de aplicaciones en la banda de muy alta frecuencia (VHF). Algunas de ellas son
- VHF marina (156 - 174 MHz): Utilizada para comunicaciones de barco a barco y de barco a tierra.
- Radiodifusión en FM (88 - 108 MHz): Aunque no se utilizan en la transmisión, muchas radios FM portátiles utilizan antenas de látigo para la recepción.
- Servicios de emergencia: Los servicios de policía, bomberos y ambulancias suelen utilizar las bandas VHF con antenas de látigo montadas en vehículos.
Aunque las antenas de látigo que operan en la gama VHF son generalmente más cortas que las antenas CB, siguen siendo lo suficientemente largas como para ser visibles en vehículos o dispositivos portátiles.
Banda UHF (300 MHz - 3 GHz)
Las antenas de látigo también se utilizan en la banda de frecuencia ultraalta (UHF), en la que operan muchas tecnologías inalámbricas modernas. Algunos de sus casos de uso incluyen:
- Redes celulares (700 MHz - 2,6 GHz): Los teléfonos móviles suelen utilizar antenas internas tipo látigo.
- Wi-Fi (2,4 GHz y 5 GHz): En muchos routers y dispositivos con Wi-Fi se utilizan pequeñas antenas de látigo.
- GPS (1,57542 GHz): Para receptores GPS en vehículos o equipos exteriores.
- Emisión de TV en UHF (470 - 890 MHz): Aunque no se utilizan en la transmisión, muchos televisores portátiles utilizan antenas de látigo telescópicas para la recepción.
Las antenas de látigo UHF suelen ser mucho más cortas que las antenas de látigo VHF, a menudo de unos pocos centímetros de longitud, lo que las hace ideales para fabricar dispositivos compactos.
IoT y redes inalámbricas de sensores
El Internet de las Cosas (IoT) y las redes de sensores inalámbricos dependen de antenas eficientes y compactas para permitir una conectividad sin fisuras. Estas tecnologías, que operan principalmente en las bandas UHF y HF, suelen utilizar antenas de látigo por su eficiencia, tamaño y rentabilidad. Algunos casos de uso habituales son:
- LoRaWAN: LoRaWAN, que funciona en frecuencias de 433 MHz, 868 MHz y 915 MHz (según la región), utiliza pequeñas antenas de látigo para garantizar una comunicación de largo alcance y bajo consumo.
- Zigbee y Bluetooth: Estos protocolos, que suelen operar en la banda ISM de 2,4 GHz, se benefician de las antenas de látigo al utilizarlas en dispositivos compactos y robustos para comunicaciones de corto alcance.
- NB-IoT y LTE-M: Las soluciones IoT basadas en telefonía móvil, que operan en bandas celulares autorizadas, suelen emplear antenas de látigo para mantener conexiones fiables con un consumo mínimo de energía.
Aplicaciones especializadas
Las antenas de látigo también se utilizan en campos muy especializados; algunos de sus casos de uso especializado son:
- Comunicaciones militares: Las radios tácticas emplean robustas antenas de látigo diseñadas para funcionar en una amplia gama de bandas de frecuencia, lo que garantiza una comunicación fiable y sólida.
- Aeroespacial: Los sistemas de comunicación de las aeronaves utilizan antenas de látigo por su diseño aerodinámico, para garantizar una transmisión de datos eficaz en medio de las perturbaciones del aire y el viento.
- Estaciones meteorológicas: Los sistemas de vigilancia meteorológica a distancia suelen depender de antenas de látigo para transmitir datos medioambientales a larga distancia.
Ventajas de las antenas de látigo
Las antenas de látigo ofrecen varias ventajas que las hacen populares en una amplia gama de aplicaciones.
Simplicidad y rentabilidad:
- Su diseño sencillo facilita su fabricación.
- Relativamente barata en comparación con otros tipos de antena.
Patrón de radiación omnidireccional:
- Ideal para aplicaciones móviles en las que hay cambios frecuentes de orientación.
- Eficaz para emitir y recibir desde múltiples direcciones.
Durabilidad y resistencia a la intemperie:
- Su estructura sencilla las hace resistentes a los factores ambientales.
- Pueden protegerse fácilmente de la intemperie con revestimientos o fundas protectoras.
- Las versiones con muelle ofrecen una excelente resistencia a los esfuerzos físicos.
Bajo impacto visual:
- Su perfil delgado las hace menos perceptibles que muchos otros tipos de antenas.
- Puede ocultarse fácilmente o integrarse en estructuras existentes.
Portabilidad:
- Ligeras y fáciles de transportar, especialmente sus versiones telescópicas.
- Ideal para operaciones sobre el terreno y sistemas de comunicación móviles.
Desventajas de las antenas de látigo
Aunque las antenas de látigo ofrecen muchas ventajas, también tienen ciertas limitaciones:
Ganancia limitada: El diagrama de radiación omnidireccional de la antena de látigo se traduce en una ganancia reducida en comparación con las antenas direccionales, lo que la hace menos adecuada para las comunicaciones punto a punto de largo alcance.
Susceptibilidad al ruido: Como la antena puede captar interferencias de todas direcciones, necesitará un filtrado adicional para entornos de RF ruidosos.
Restricciones de longitud: Las aplicaciones de baja frecuencia requieren antenas de látigo más largas, que pueden no ser prácticas. También los diseños de antenas de látigo acortadas comprometen la eficiencia por el tamaño.
Dependencia del plano de tierra: El rendimiento de la antena depende en gran medida de una toma de tierra adecuada, por lo que una toma de tierra incorrecta puede provocar un funcionamiento ineficaz e inadecuado.
Potencia limitada: Su delgado perfil puede limitar la capacidad de manejo de potencia, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones de transmisión de alta potencia.
Antena Látigo vs. Antena Dipolo
Las antenas de látigo y dipolo son algunos de los tipos de antena más utilizados. Sus diferencias en cuanto a estructura, tamaño y funciones operativas las hacen aplicables a distintos casos de uso. A continuación se comparan las principales características que las distinguen.
| Característica | Antena de látigo | Antena dipolo |
| Estructura | Elemento individual con plano de tierra | Dos elementos simétricos |
| Talla | Longitud típica de un cuarto de onda | Normalmente de media longitud de onda |
| Plano de tierra | Requiere un plano de tierra | No requiere plano de tierra |
| Patrón de radiación | Omnidireccional en acimut (plano horizontal) | Figura de ocho en acimut |
| Impedancia | Normalmente 30-50 ohmios (con plano de tierra) | Cerca de 70 ohmios |
| Aplicaciones | Comunicaciones móviles, dispositivos portátiles | Instalaciones fijas, aplicaciones de banda ancha |
| Facilidad de instalación | Generalmente más fácil de instalar, especialmente en aplicaciones móviles | Requiere más espacio y, a menudo, estructuras de apoyo |
Antena Látigo vs. Antena Rectangular
Las antenas Stubby, al ser una alternativa compacta a las antenas de látigo convencionales, ofrecen ventajas únicas cuando el tamaño y la durabilidad son una prioridad. Por lo tanto, aunque hay similitudes entre los dos tipos, existen variaciones debido a sus diferencias de diseño. A continuación se ofrece una comparación entre las antenas de látigo y las antenas stubby en la que se describen sus características únicas.
| Característica | Antena de látigo | Antena Rectangular |
| Talla | Oscila entre unos centímetros y varios metros | Suelen medir sólo unos centímetros |
| Gama de frecuencias: | Puede diseñarse para una amplia gama de frecuencias | Generalmente se utiliza para frecuencias más altas (UHF y superiores) |
| Eficacia | Generalmente más eficientes, especialmente a bajas frecuencias | Menos eficiente debido a su corta longitud eléctrica |
| Ancho de banda: | Suele tener mayor ancho de banda | Ancho de banda normalmente más estrecho |
| Aplicaciones: | Versátil, se utiliza en diversas aplicaciones | Se utiliza sobre todo cuando el tamaño compacto es crucial (por ejemplo, en dispositivos portátiles). |
| Durabilidad: | Puede ser más susceptible a daños físicos debido a su longitud | Generalmente más robusto debido a su tamaño compacto |
| Estética: | Más visible y puede afectar a la estética del aparato | Menos molesto, mejor para diseños de dispositivos elegantes |
¿Necesita una antena de látigo un plano de tierra?
Una antena de látigo necesita una placa de masa para funcionar a pleno rendimiento. Los requisitos clave que exigen un plano de tierra son los siguientes:
- Equilibrio eléctrico:
Como una antena de látigo es más o menos la mitad de una antena dipolo, el plano de tierra actúa como su "mitad faltante". De este modo se crea una imagen especular de la antena que mantiene el equilibrio eléctrico y un funcionamiento eficaz.
- Patrón de radiación:
Un plano de tierra adecuado garantiza un patrón de radiación omnidireccional en el plano horizontal sin distorsiones que puedan provocar una intensidad de señal desigual y una cobertura reducida.
- Adaptación de impedancias:
El plano de tierra ayuda a que la antena de látigo alcance la impedancia de entrada correcta, garantizando una transferencia de potencia eficaz que, de otro modo, podría provocar pérdidas de señal y reducir el rendimiento de la antena.
Los tipos de planos de tierra asociados a las antenas de látigo pueden clasificarse en planos de tierra naturales y artificiales.
Los planos terrestres naturales incluyen carrocerías de vehículos, tejados metálicos o, a veces, la propia Tierra cuando se utiliza como superficie reflectante.
Los planos de tierra artificiales son principalmente cables radiales, discos metálicos u otras superficies conductoras que crean un plano de tierra eficaz en instalaciones fijas.
En ausencia de un plano de tierra convencional, se pueden utilizar las siguientes alternativas como plano de tierra efectivo,
- Cables de contrapeso:
Cables radiales dispuestos alrededor de la base de la antena, que proporcionan un sustituto funcional del plano de tierra.
- Bobinas de carga:
Las bobinas de inductancia alargan eléctricamente la antena, ofreciendo una compensación por la falta de un plano de tierra, sin embargo, esto resulta en una ligera reducción en el rendimiento de la antena.
- Antenas no terrestres (NGP):
Son antenas especialmente diseñadas para minimizar la dependencia del plano de tierra.
Un plano de tierra bien establecido garantiza el rendimiento óptimo de la antena de látigo. Por lo tanto, comprender su importancia y las alternativas disponibles es esencial para garantizar una comunicación fiable y eficiente en diversas aplicaciones.
Instalación y montaje
Una antena de látigo correctamente instalada garantiza que funcione en condiciones óptimas durante un largo periodo de tiempo. A continuación se incluyen varias consideraciones que deben tenerse en cuenta al instalar y montar una antena de látigo.
1. Ubicación
- Un emplazamiento con un mínimo de obstáculos físicos permite una mejor propagación de la señal.
- También hay que tener en cuenta que la colocación de la antena cerca de otras antenas, líneas eléctricas u objetos metálicos grandes puede provocar perturbaciones de radiofrecuencia.
2. Métodos de montaje
- Soportes magnéticos: Se trata de tipos de montaje rápidos y portátiles, lo que los hace adecuados para montajes temporales, pero son menos fiables en condiciones duras o de alta velocidad.
- Soportes permanentes: Estos soportes requieren taladrar la superficie de montaje, lo que los convierte en una opción estable para un uso a largo plazo.
- Soportes de clip: Especialmente útiles para montajes temporales, estos soportes pueden fijarse fácilmente sin necesidad de modificar la superficie de montaje.
3. Consideraciones sobre el plano de tierra
- Asegúrese de que existe un contacto eléctrico excelente entre la antena y la placa de masa.
- Para instalaciones en superficies no metálicas, deben utilizarse planos de tierra artificiales, como chapas metálicas o cables radiales, para imitar el efecto de puesta a tierra.
4. Cableado
- Utilice un cable coaxial de alta calidad y bajas pérdidas para minimizar la pérdida de señal.
- Asegúrate de que los tramos de cable sean lo más cortos posible y evita curvas cerradas que puedan degradar la señal.
6. 6. Consideraciones de seguridad
- Evite la instalación cerca de líneas eléctricas aéreas u obstáculos de poca altura, especialmente en el caso de antenas altas.
- Asegúrese de que la antena está bien sujeta para evitar que se desprenda durante el movimiento o en condiciones meteorológicas adversas.
7. Puesta a punto y pruebas
- Después de la instalación, utilice un medidor de ROE (Relación de Onda Estacionaria) para medir el rendimiento de la antena y, en consecuencia, ajustar la longitud o la posición de la antena según sea necesario para lograr valores óptimos de ROE y un funcionamiento eficiente.
Conclusión
En el dinámico panorama de las comunicaciones inalámbricas, las antenas de látigo desempeñan un papel importante, ofreciendo soluciones versátiles para una amplia gama de aplicaciones. A pesar de su diseño esbelto y sencillo, estas antenas destacan como componentes indispensables gracias a su adaptabilidad, rentabilidad y facilidad de mantenimiento, lo que las convierte en parte integrante de los sistemas de comunicación modernos. Su capacidad para funcionar en diversos entornos y gamas de frecuencias subraya aún más su importancia práctica.
Aunque existen ciertas limitaciones, como su dependencia de un plano de tierra y sus limitaciones de ganancia, las antenas de látigo siguen demostrando su relevancia. Su fiabilidad, sencillez y flexibilidad inigualables garantizan una conectividad perfecta de los dispositivos y apoyan la innovación en innumerables aplicaciones, desde los sistemas de radio tradicionales hasta las tecnologías IoT emergentes, lo que consolida su lugar en el cambiante mundo de la tecnología inalámbrica.
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