Cortina de paneles

Las antenas de cortina son una clase de grandes antenas direccionales de hilo multielemento para la transmisión de radio , utilizadas en las bandas de radio de onda corta . ^{[ 1 ]} Constituyen un tipo de antena de matriz reflectante , que consta de múltiples antenas dipolo de hilo , suspendidas en un plano vertical, a menudo ubicadas frente a un reflector de "cortina" hecho de una pantalla vertical plana de muchos hilos largos paralelos. ^{[ 1 ]} Estas están suspendidas por cables de soporte tendidos entre pares de altas torres de acero, que alcanzan alturas de hasta 90 m (300 pies) . ^{[ 1 ]} Empleadas principalmente para la transmisión de onda ionosférica (o de salto ) de larga distancia, emiten un haz de ondas de radio en un ángulo poco pronunciado hacia el cielo justo por encima del horizonte, que luego es reflejado por la ionosfera de vuelta a la Tierra más allá del horizonte. Las antenas de cortina son ampliamente utilizadas por estaciones de radio internacionales de onda corta para transmitir a grandes áreas a distancias transcontinentales. ^{[ 1 ]} 

Debido a sus potentes características direccionales, las antenas de cortina son utilizadas frecuentemente por emisoras de radio de propaganda gubernamental para transmitir programas propagandísticos a través de las fronteras nacionales hacia otros países. Por ejemplo, Radio Free Europe y Radio Liberty utilizaron antenas de cortina para transmitir a Europa del Este .

Las antenas de cortina se desarrollaron originalmente durante las décadas de 1920 y 1930, cuando se experimentaba mucho con la radiodifusión de onda corta a larga distancia . El concepto subyacente era lograr mejoras en la ganancia y/o la direccionalidad con respecto a la antena dipolo simple , posiblemente doblando uno o más dipolos en un espacio físico más pequeño, o bien, disponiendo varios dipolos de manera que sus patrones de radiación se reforzaran mutuamente, concentrando así una mayor señal en un área objetivo determinada.

A principios de la década de 1920, Guglielmo Marconi , pionero de la radio, encargó a su asistente Charles Samuel Franklin que realizara un estudio a gran escala sobre las características de transmisión de las ondas de radio de longitud de onda corta y que determinara su idoneidad para las transmisiones de larga distancia. Franklin inventó el primer sistema de antena de cortina en 1924, conocido como el sistema «Franklin» o «English». ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Otras antenas de cortina tempranas incluyeron la antena Bruce patentada por Edmond Bruce en 1927, ^{[ 4 ]} y la antena de cortina Sterba , patentada por Ernest J. Sterba en 1929. ^{[ 5 ]} La antena Bruce produce una señal polarizada verticalmente; las antenas Sterba (y las antenas HRS posteriores) producen una señal polarizada horizontalmente.

La antena de cortina Sterba fue la primera de este tipo en alcanzar un uso generalizado. Bell Telephone y otras compañías telefónicas la utilizaron durante las décadas de 1930 y 1940 para conexiones telefónicas transoceánicas. Sin embargo, su diseño es de banda estrecha y solo se puede orientar mecánicamente.

En algunos de los primeros sistemas de radar , como la red Chain Home de Gran Bretaña, se utilizaron antenas de cortina . Durante la Guerra Fría , la Voz de América , Radio Europa Libre y Radio Libertad , así como organizaciones análogas de Europa Occidental, emplearon grandes antenas de cortina para transmitir propaganda a países comunistas que censuraban los medios de comunicación occidentales.

Los elementos activos suelen ser dipolos de media onda , alimentados en fase, montados en un plano a 1/4 de longitud de onda delante del plano reflector. Los cables reflectores están orientados paralelamente a los dipolos. Los dipolos pueden ser verticales, irradiando en polarización vertical , pero lo más frecuente es que sean horizontales, ya que las ondas polarizadas horizontalmente se absorben menos por las reflexiones terrestres. La fila inferior de dipolos se monta a más de 1/2 longitud de onda por encima del suelo, para evitar que las reflexiones terrestres interfieran con el patrón de radiación. Esto permite que la mayor parte de la radiación se concentre en un lóbulo principal estrecho dirigido unos pocos grados por encima del horizonte, lo cual es ideal para la transmisión por onda ionosférica . Un arreglo de cortina puede tener una ganancia de 20 dB mayor que una antena dipolo simple. ^{[ 1 ]} Debido a los estrictos requisitos de fase, los arreglos de cortina anteriores tenían un ancho de banda estrecho, pero los arreglos de cortina modernos se pueden construir para cubrir hasta una relación de frecuencia de 2:1 , lo que les permite cubrir varias bandas de onda corta. ^{[ 1 ] [ 6 ]}  

En lugar de alimentar cada dipolo en su centro, lo que requiere una estructura de línea de transmisión en forma de "árbol" con una adaptación de impedancia compleja , a menudo se conectan varios dipolos en serie para formar una elaborada estructura de dipolo plegado que se puede alimentar en un solo punto.

Para permitir la orientación del haz, a veces todo el conjunto se suspende mediante brazos en voladizo desde una única torre grande que puede girar. Véase ALLISS-Antenna . Alternativamente, algunas versiones modernas se construyen como conjuntos de antenas en fase en los que el haz se puede orientar electrónicamente, sin mover la antena. Cada dipolo o grupo de dipolos se alimenta a través de un desfasador ajustable electrónicamente , implementado mediante redes pasivas de condensadores e inductores que se pueden conectar y desconectar, o mediante amplificadores de RF de salida independientes. La adición de un desfase constante entre dipolos horizontales adyacentes permite orientar la dirección del haz en azimut hasta ±30° sin perder su patrón de radiación. ^{[ 7 ]}

Desde 1984, el CCIR ha creado una nomenclatura estandarizada para describir las antenas de cortina, denominada CCIR HF Transmitting Antennas, que consta de 1 a 4  letras seguidas de tres números:

Primera letra

Indica la orientación de los dipolos en el conjunto.

• La letra "H" indica que los dipolos están orientados horizontalmente, por lo que la antena irradia ondas de radio polarizadas horizontalmente.
• La letra "V" indica que los dipolos están orientados verticalmente, por lo que la antena irradia ondas de radio polarizadas verticalmente.

Segunda letra (si la hay)

Indica si la antena tiene reflector.

• La letra "R" indica que hay un reflector simple (pasivo) en un lado del conjunto, por lo que la antena irradia un único haz.
• "RR" indica que el conjunto cuenta con algún tipo de reflector reversible, lo que permite girar el haz 180°. Se han construido muy pocas antenas de este tipo. Es posible que RCI Sackville, en Canadá, tenga dos antenas tipo HRRS, quizás las únicas en Norteamérica.
• Si faltan "R" y "RR", la antena no tiene reflector, por lo que el conjunto dipolo irradiará su energía en dos haces en ambas direcciones perpendiculares a su plano, separados 180°.

Tercera letra (si está presente)

• La letra "S" indica que el conjunto es orientable.

Números

A continuación de las letras van tres números: "x/y/z". "x" e "y" especifican las dimensiones de la matriz rectangular de dipolos, mientras que "z" indica la altura sobre el suelo de la parte inferior de la matriz:

• "x" (un número entero) es la cantidad de dipolos colineales en cada fila horizontal. (El número de columnas en la matriz)
• "y" (un número entero) es la cantidad de dipolos dispuestos verticalmente en cada columna. (El número de filas en la matriz)
• "z" (una fracción decimal) es la altura sobre el suelo en longitudes de onda de la fila más baja de dipolos en el conjunto.

Por ejemplo, una antena de cortina "HRS 4/5/0.5" tiene una matriz rectangular de 20 dipolos, 4 de ancho y 5 de alto, con la fila inferior a media longitud de onda del suelo y un reflector plano detrás de ella, y la dirección del haz se puede orientar. Una antena orientable HRS 4/4/0.5 con 16 dipolos es uno de los tipos de matriz estándar que se ven en las estaciones de radiodifusión de onda corta en todo el mundo.

Notas sobre la nomenclatura de HRS

• Las antenas HRS de tipo HRS 1/1/z no están definidas como tales (tal cosa consistiría simplemente en un único dipolo).
• Existen antenas HRS de tipo HRS 1/2/z y 2/1/z, pero su uso práctico en la radiodifusión de onda corta es limitado. Una antena con la designación "H 1/2/z" se conoce comúnmente como antena "Lazy-H". Los repetidores de VHF y UHF para radio FM o televisión en el Reino Unido suelen emplear un par de dipolos horizontales (o antenas Yagi cortas) colocados uno encima del otro (es decir, HRS 1/2/z) para concentrar la potencia de transmisión en el plano vertical.
• Es posible que el radar ruso Duga Over The Horizon haya utilizado una antena del tipo HRS 32/16/0.75 (estimado, no verificado), con una potencia radiada efectiva (ERP) direccional potencial en el rango de los gigavatios.

La antena tipo HRS es uno de los tipos más comunes de antenas de cortina. Su nombre proviene de la nomenclatura CCIR mencionada anteriormente: consiste en una matriz de dipolos horizontales con un reflector R detrás de ellos, y el haz es orientable. Estas antenas también se conocen como "HRRS" (por reflector R reversible ) , pero la R adicional rara vez se utiliza.

Sin embargo, ya a mediados de la década de 1930, Radio Países Bajos utilizaba una antena HRS giratoria para la cobertura global. Desde la década de 1950, el diseño HRS se ha convertido prácticamente en el estándar para la radiodifusión de onda corta  de alta potencia y largo alcance (> 1000  km) .

Si la designación de la antena incluye una "S", se trata de un diseño orientable. Siguiendo la recomendación de la UIT, podría denominarse "diseño orientable". ^{[ 7 ]} Esto podría lograrse electrónicamente mediante el ajuste de las fases de las ondas eléctricas de las señales alimentadas a las columnas de elementos de antena dipolo, o físicamente mediante el montaje del conjunto de antenas en un gran mecanismo giratorio. Un ejemplo de esto se puede observar en NRK Kvitsøy, donde un ferrocarril circular transporta un par de plataformas con ruedas, cada una de las cuales sostiene una torre en los extremos opuestos de un brazo de diámetro. El conjunto de antenas de cortina está suspendido entre las torres y gira con ellas a medida que estas giran alrededor del ferrocarril circular. Otra técnica de rotación física se emplea en el sistema ALLISS , donde todo el conjunto está construido alrededor de una torre giratoria central de gran resistencia.

Las antenas de orientación eléctrica suelen poder apuntar en un rango de ±30° con respecto a la dirección física de la antena, mientras que las de rotación mecánica permiten un giro completo de 360°. La orientación eléctrica se realiza normalmente en el plano horizontal, aunque es posible realizar algunos ajustes en el plano vertical.

• Para una matriz de dipolos de 2 de ancho, el ancho del haz es de aproximadamente 50°.
• Para una matriz de dipolos de 3 de ancho, el ancho del haz es de aproximadamente 40°.
• Para una matriz de dipolos de 4 de ancho,  el ancho del haz es de aproximadamente 30°.

El número de filas de dipolos y la altura del elemento más bajo sobre el suelo determinan el ángulo de elevación y, en consecuencia, la distancia al área de servicio.

• Un arreglo de 2 filas de altura tiene un ángulo de elevación típico de 20°.

Se utiliza con mayor frecuencia para comunicaciones de alcance medio.

• Un arreglo de 4 filas de altura tiene un ángulo de elevación típico de 10°.

Se utiliza con mayor frecuencia para comunicaciones de largo alcance.

• Una matriz de 6 filas es similar a una de 4 filas, pero puede lograr ángulos de despegue de 5° a 10°.

Puede utilizarse en circuitos de comunicaciones de onda corta de 12000  km y es altamente direccional. ^{[ 7 ]}

Tenga en cuenta que es posible que los detalles de la ubicación de la antena causen estragos en los planes de los diseñadores, de manera que el ángulo de despegue y la adaptación de impedancias se vean afectados negativamente.

Este es un ejemplo de estaciones repetidoras de onda corta con diseño teórico HRS. Esto puede ayudar a comprender mejor la directividad de las antenas HRS.

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  Dirigido a Australasia
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  Dirigido a Indonesia
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  Dirigido a América Latina

Esta es una lista incompleta de estaciones que utilizan únicamente antenas HRS, ordenadas por nombre de país.

Sistemas de radar que utilizan antenas de tipo HR

Algunos sistemas de antenas tácticas portátiles todavía utilizan antenas de tipo HR, en su mayoría no HRS, ya que las antenas son giratorias.

Portales de tecnología ALLISS

• http://HireMe.geek.nz/ALLISS.html Archivado el 7 de julio de 2022 en Wayback Machine
• http://www.w8ji.com/curtain%20sterba%20USIA%20array.htm