
Una antena de bucle es una antena de radio que consiste en un bucle o bobina de alambre, tubo u otro conductor eléctrico , que para transmitir se alimenta generalmente con una fuente de alimentación balanceada o para recibir con una carga balanceada. Las antenas de bucle se pueden dividir en tres categorías:
Antenas de bucle grandes : También llamadas antenas de bucle autorresonantes o bucles de onda completa ; tienen un perímetro cercano a una o más longitudes de onda completas a la frecuencia de operación , lo que las hace autorresonantes [ a ] a esa frecuencia. Las antenas de bucle grandes tienen un patrón de radiación dipolar de dos lóbulos en su primera resonancia de onda completa, con picos en ambas direcciones perpendiculares al plano del bucle. [ b ]
Antenas de halo : Las antenas de halo suelen describirse como dipolos acortados que se han doblado formando un bucle circular, con los extremos sin llegar a tocarse. Algunos autores prefieren excluirlas de las antenas de bucle, ya que pueden entenderse perfectamente como dipolos doblados ; otros las consideran una categoría intermedia entre los bucles grandes y pequeños, o el límite superior de tamaño para los bucles transmisores pequeños . En forma y rendimiento, las antenas de halo son muy similares a los bucles pequeños, diferenciándose únicamente por ser autorresonantes y tener una resistencia a la radiación mucho mayor . (Véase la explicación a continuación ).
Antenas de bucle pequeño : También llamadas bucles magnéticos o bucles sintonizados; tienen un perímetro menor que la mitad de la longitud de onda de operación (típicamente no más de 1/3 a 1/4 de onda ) . Se utilizan principalmente como antenas receptoras debido a su baja eficiencia, pero a veces se utilizan para transmisión; los bucles con una circunferencia menor que aproximadamente 1/10 de la longitud de onda se vuelven tan ineficientes que rara vez se utilizan para transmisión. [ c ] Un ejemplo común de bucle pequeño es la antena de ferrita (loopstick) utilizada en la mayoría de las radios de difusión AM. [ d ] El patrón de radiación de las antenas de bucle pequeño es máximo en las direcciones dentro del plano del bucle, por lo que es perpendicular a los máximos de los bucles grandes.
Antenas de bucle grandes y autorresonantes
Para la descripción de bucles grandes en esta sección, se supone que la frecuencia de operación de la radio está sintonizada a la primera resonancia de la antena de bucle. A esa frecuencia, una longitud de onda completa en el espacio libre es ligeramente menor que el perímetro del bucle, que es el tamaño mínimo que puede tener un bucle "grande". [ 2 ]
Las antenas de bucle autorresonantes para las llamadas frecuencias de onda "corta" son relativamente grandes, con un perímetro ligeramente mayor que la longitud de onda de operación prevista; por lo tanto, para bucles circulares, los diámetros oscilan entre aproximadamente 53 metros (175 pies ) en el caso de las más grandes, alrededor de 1,8 MHz . A frecuencias más altas, su tamaño se reduce, llegando a un diámetro de unos 3,4 metros (11 pies ) a 30 MHz.
Las grandes antenas de bucle pueden considerarse como dipolos plegados cuyos cables paralelos se han separado y abierto formando una figura ovalada o poligonal . La forma del bucle puede ser un círculo, un triángulo, un cuadrado, un rectángulo o, de hecho, cualquier polígono cerrado, pero para que se produzca la resonancia, el perímetro del bucle debe ser ligeramente mayor que una longitud de onda. [ 2 ]
Forma

Las antenas de bucle pueden tener forma circular, cuadrada o cualquier otra forma geométrica cerrada que permita que el perímetro total sea ligeramente superior a una longitud de onda. La forma más popular en la radioafición es la antena quad o "quad", un bucle autorresonante de forma cuadrada que se puede construir con alambre tendido a través de un marco de soporte en forma de × . Puede haber uno o más bucles adicionales apilados en paralelo al primero como elementos directores o reflectores "parásitos" , creando una matriz de antenas unidireccional con una ganancia que aumenta con cada elemento parásito adicional. Este diseño también se puede girar 45 grados para formar un diamante soportado por un marco en forma de + . También se han utilizado bucles triangulares ( en forma de △ ) para bucles verticales, ya que se pueden soportar desde un solo mástil. [ 2 ] Un rectángulo con el doble de altura que de ancho obtiene una ganancia ligeramente mayor y también se adapta directamente a 50 Ω si se utiliza como un solo elemento. [ 2 ] : § 9.6.2
A diferencia de una antena dipolo , la polarización de una antena de bucle resonante no es evidente a partir de la orientación del bucle en sí, sino que depende de la ubicación de su punto de alimentación. [ e ] Si un bucle orientado verticalmente se alimenta en la parte inferior, su radiación estará polarizada horizontalmente; si se alimenta desde un lado, estará polarizada verticalmente.
Patrón de radiación
El patrón de radiación de una antena de bucle de primera resonancia presenta un pico perpendicular al plano del bucle. A medida que la frecuencia aumenta hacia la segunda y tercera resonancia, la radiación perpendicular disminuye y aparecen lóbulos intensos cerca del plano del bucle. [ 3 ] (p235)
En las frecuencias de onda corta más bajas, una antena de bucle completo es físicamente bastante grande, y su única instalación práctica es "en posición horizontal", con el plano del bucle paralelo al suelo y el cable de la antena sostenido a la misma altura relativamente baja por mástiles a lo largo de su perímetro. [ 2 ] Esto da como resultado una radiación polarizada horizontalmente, que alcanza su máximo hacia la vertical cerca del armónico más bajo; este patrón es bueno para la comunicación regional NVIS , pero desafortunadamente no suele ser útil para establecer contactos a escala continental.
Por encima de los 10 MHz, la antena de bucle tiene un diámetro aproximado de 10 metros, por lo que resulta más práctico montarla en posición vertical (con el plano del bucle en vertical) para dirigir su haz principal hacia el horizonte. Si la frecuencia es suficientemente alta, el bucle puede ser lo suficientemente pequeño como para acoplarse a un rotor de antena y así orientarlo según se desee. En comparación con un dipolo o un dipolo plegado, un bucle vertical de gran tamaño desperdicia menos potencia irradiando hacia el cielo o el suelo, lo que se traduce en una ganancia aproximadamente 1,5 dB mayor en las dos direcciones horizontales preferidas.
Generalmente se obtiene una ganancia adicional (y un patrón de radiación unidireccional ) con una matriz de estos elementos, ya sea como una matriz de radiación frontal activada o en una configuración Yagi , donde solo uno de los bucles es alimentado por la línea de transmisión y todos los demás actúan como reflectores y directores "parásitos" . Esta última configuración es muy utilizada en la radioafición en la configuración "quad" (ver foto).
En ocasiones, se utilizan antenas de bucle de baja frecuencia y una longitud de onda, dispuestas horizontalmente, para comunicaciones NVIS locales. A esto se le denomina a veces antena cuadrilátera perezosa . Su patrón de radiación consiste en un único lóbulo que apunta directamente hacia arriba (la radiación que se dirige al suelo y no se absorbe se refleja hacia arriba). El patrón de radiación, y especialmente la impedancia de entrada, se ve afectado por su proximidad al suelo.
Si se alimenta con frecuencias más altas, la impedancia de entrada de la antena generalmente incluirá una parte reactiva y un componente resistivo diferente, lo que requiere el uso de un sintonizador de antena . A medida que la frecuencia aumenta por encima del primer armónico, el patrón de radiación se divide en múltiples lóbulos que alcanzan su máximo en ángulos menores con respecto al horizonte, lo que supone una mejora para la comunicación a larga distancia en frecuencias muy superiores al segundo armónico del bucle.
Antenas Halo
Una antena de halo se describe a menudo como una antena dipolo de media onda doblada en forma de círculo. Aunque podría clasificarse como un dipolo doblado, tiene un patrón de radiación omnidireccional muy similar al de un pequeño bucle. El halo es más eficiente que un pequeño bucle, ya que es una antena más grande, de 1/2 onda de circunferencia, con una resistencia de radiación desproporcionadamente mayor . [ f ] Debido a su resistencia de radiación mucho mayor, un halo presenta una buena adaptación de impedancia a un cable coaxial de 50 ohmios , y su construcción es menos exigente que la de un pequeño bucle, ya que el fabricante no se ve obligado a tener tanto cuidado para evitar pérdidas por conductores mediocres y resistencia de contacto. [ 4 ]
A 1/2 onda , la antena de halo está cerca o en el límite superior extremo del rango de tamaño para bucles "pequeños" , pero a diferencia de la mayoría de los bucles pequeños sobredimensionados , se puede analizar con técnicas simples tratándola como un dipolo doblado .
Uso práctico

En las bandas de VHF y superiores, el diámetro físico de un halo es lo suficientemente pequeño como para ser utilizado eficazmente como antena móvil.
El patrón de radiación horizontal de un halo horizontal es casi omnidireccional (con una precisión de 3 dB o menos), y esto se puede corregir reduciendo ligeramente el tamaño del bucle y aumentando la capacitancia entre las puntas de los elementos. Esto no solo uniformizará la ganancia, sino que también reducirá la radiación ascendente, que en VHF suele desperdiciarse al irradiar al espacio.
Los halos captan menos interferencia de chispas eléctricas cercanas que los monopolos y dipolos , como el ruido de encendido de los vehículos. [ 5 ]
Análisis eléctrico
Aunque superficialmente parezca diferente, la antena de halo se puede analizar fácilmente como un dipolo (que también tiene una parte radiante de media onda con alto voltaje y corriente cero en sus extremos) doblado en forma de círculo. El simple uso de los resultados del dipolo simplifica enormemente los cálculos y, en la mayoría de los casos , las propiedades son las mismas que las de un halo. El rendimiento del halo también se puede modelar con técnicas utilizadas para bucles transmisores "pequeños" similares de tamaño moderado , pero por brevedad, este análisis complejo suele omitirse en los artículos introductorios sobre antenas de bucle (desafortunadamente, esta omisión típica hace que personas con amplios conocimientos desconozcan las propiedades de los bucles pequeños "grandes" ).
La brecha del halo
Algunos autores consideran erróneamente que el espacio en el bucle de la antena de halo la distingue de una antena de bucle pequeña , ya que no hay conexión de CC entre los dos extremos. Pero esa distinción se pierde en RF ; los extremos de alta tensión, muy próximos entre sí, están acoplados capacitivamente, y la corriente de RF cruza el espacio como corriente de desplazamiento . El espacio en el halo es eléctricamente equivalente al condensador de sintonización en un bucle pequeño , aunque la capacitancia incidental involucrada no es tan grande. [ g ]
bucles pequeños

Las espiras pequeñas son "pequeñas" en comparación con su longitud de onda de operación. A diferencia del patrón de las antenas de espira grandes, la recepción y la intensidad de radiación de las espiras pequeñas alcanzan su máximo dentro del plano de la espira, en lugar de perpendicularmente a él. [ 3 ] : 235
Al igual que todas las antenas que son físicamente mucho más pequeñas que la longitud de onda de operación, las antenas de bucle pequeñas tienen una baja resistencia de radiación que se ve eclipsada por las pérdidas óhmicas , lo que resulta en una baja eficiencia de antena . Por lo tanto, se utilizan principalmente como antenas receptoras en frecuencias bajas (longitudes de onda de decenas a cientos de metros). Al igual que una antena dipolo corta , la resistencia de radiación es pequeña. La resistencia de radiaciónes proporcional al cuadrado del área:
donde A es el área encerrada por el bucle, λ es la longitud de onda y N es el número de vueltas del conductor alrededor del bucle.
Debido al exponente más alto que las antenas lineales (área del bucle al cuadrado ≈ perímetro a la cuarta potencia, frente a longitud del dipolo y monopolo al cuadrado = segunda potencia), la caída en R rad con tamaño reducido es más extrema. [ 6 ] : 5-11 La capacidad de aumentar la resistencia de radiación R rad mediante el uso de múltiples vueltas es análoga a hacer un dipolo a partir de dos o más líneas paralelas para cada brazo del dipolo (" dipolo plegado ").
Las antenas de bucle pequeño tienen ventajas como antenas receptoras en frecuencias inferiores a 10 MHz. [ 7 ] Aunque las pérdidas de un bucle pequeño pueden ser altas, la misma pérdida se aplica tanto a la señal como al ruido, por lo que la relación señal-ruido de recepción de un bucle pequeño puede no verse afectada en estas frecuencias más bajas, donde el ruido recibido está dominado por el ruido atmosférico y la estática en lugar del ruido interno del receptor . La capacidad de girar más fácilmente una antena más pequeña puede ayudar a maximizar la señal y rechazar la interferencia. Se utilizan varias técnicas de construcción para asegurar que las direcciones nulas de los bucles receptores pequeños sean "nítidas", incluyendo la adición de blindaje roto en los brazos del bucle y el mantenimiento del perímetro alrededor de 1/10 de longitud de onda ( o 1/4 de onda como máximo). En cambio , los perímetros de los bucles de transmisión pequeños se hacen lo más grandes posible, hasta 1/3 de onda (o incluso 1/2 si es posible ) , para sacar el máximo provecho de su eficiencia generalmente baja, aunque al hacerlo se sacrifican los nulos pronunciados.
La pequeña antena de bucle también se conoce como bucle magnético, ya que la respuesta de un bucle receptor eléctricamente pequeño es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través del bucle. [ 8 ] A frecuencias más altas (o longitudes de onda más cortas), cuando la antena ya no es eléctricamente pequeña, la distribución de corriente a través del bucle puede dejar de ser uniforme y la relación entre su respuesta y los campos incidentes se vuelve más compleja. [ 8 ] En el caso de la transmisión, los campos producidos por un bucle eléctricamente pequeño son los mismos que los de un "dipolo magnético infinitesimal" cuyo eje es perpendicular al plano del bucle. [ 3 ] : 235
Debido a su escasa resistencia a la radiación, las propiedades de las antenas de bucle pequeñas tienden a optimizarse con mayor intensidad que las antenas de tamaño completo, y las propiedades optimizadas para la transmisión no son exactamente las mismas que para la recepción. En el caso de las antenas de tamaño completo, la reciprocidad entre la transmisión y la recepción suele hacer que estas distinciones sean irrelevantes, pero dado que algunas propiedades de radiofrecuencia importantes para la recepción difieren de las de la transmisión —especialmente por debajo de los 10-20 MHz—, las antenas de bucle pequeñas destinadas a la recepción presentan ligeras diferencias con respecto a las antenas de bucle pequeñas de transmisión. Estas diferencias se analizan por separado en las dos subsecciones siguientes, aunque muchos de los comentarios se aplican a ambas.
Pequeñas espiras receptoras

Si el perímetro de una antena de bucle es mucho menor que las longitudes de onda de operación previstas (por ejemplo, entre 1/8 y 1/100 de una longitud de onda ) , entonces la antena se denomina bucle receptor pequeño , ya que las antenas de bucle tan pequeñas solo son prácticas para la recepción. Varios factores de rendimiento, incluida la potencia recibida, escalan en proporción al área del bucle. Para un área de bucle dada, la longitud del conductor (y, por lo tanto, su resistencia de pérdida neta ) se minimiza si el perímetro es circular, lo que hace que el círculo sea la forma óptima para bucles pequeños. Los bucles receptores pequeños se utilizan normalmente por debajo de 14 MHz, donde predominan el ruido atmosférico natural y artificial. Por lo tanto, la relación señal/ruido de la señal recibida no se verá afectada negativamente por una baja eficiencia siempre que el bucle no sea excesivamente pequeño.
El diámetro típico de las antenas de bucle receptoras con "centro de aire" oscila entre 30 y 100 cm (1 y 3,5 pies) . Para aumentar el campo magnético en el bucle y, por lo tanto, su eficiencia, a la vez que se reduce considerablemente su tamaño, la bobina de alambre suele enrollarse alrededor de un núcleo magnético de ferrita ; esto se denomina antena de bucle de ferrita . Estas antenas de bucle de ferrita se utilizan en casi todos los receptores de radio AM , con la notable excepción de las radios de coche , ya que la antena para la banda AM debe estar fuera del chasis metálico del vehículo, que puede obstruir la señal.
Las antenas de bucle pequeñas también son populares para la radiogoniometría , en parte debido a su "nulo" extremadamente nítido y claro a lo largo del eje del bucle: cuando el eje del bucle apunta directamente al transmisor, la señal del objetivo desaparece abruptamente. [ 9 ]
La resistencia de radiación R rad de un bucle pequeño es generalmente mucho menor que la resistencia de pérdida R ℓoss debida a los conductores que componen el bucle, lo que lleva a una eficiencia de antena deficiente . [ h ] En consecuencia, la mayor parte de la potencia entregada a una antena de bucle pequeño se convertirá en calor debido a la resistencia de pérdida, en lugar de realizar trabajo útil emitiendo ondas de radio o captándolas.
La pérdida de potencia es indeseable para una antena transmisora; sin embargo, para una antena receptora, la ineficiencia no es importante a frecuencias inferiores a unos 15 MHz. A estas frecuencias más bajas, debido al ruido atmosférico (estática) y al ruido artificial ( interferencia ), incluso una señal débil de una antena ineficiente es mucho más fuerte que el ruido térmico interno o el ruido Johnson generado en el propio circuito del receptor de radio, por lo que la señal débil de una antena de bucle puede amplificarse sin degradar la relación señal-ruido , ya que ambas se magnifican por el mismo factor de amplificación. [ 10 ]
Por ejemplo, a 1 MHz, el ruido artificial podría estar 55 dB por encima del nivel de ruido térmico. Si la pérdida de una pequeña antena de bucle es de 50 dB (como si la antena incluyera un atenuador de 50 dB), la ineficiencia eléctrica de dicha antena tendrá poca influencia en la relación señal/ruido del sistema receptor . En cambio, a frecuencias más bajas, alrededor de 20 MHz y superiores, una antena con una pérdida de 50 dB podría degradar la relación señal/ruido recibida hasta en 50 dB, lo que resultaría en un rendimiento pésimo.
Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia, no hay necesidad de sufrir un mal rendimiento: en las frecuencias más altas y silenciosas, las longitudes de onda se vuelven lo suficientemente cortas como para que una antena de halo sea lo suficientemente pequeña como para ser viable; a 20 MHz tiene un diámetro de poco menos de 2,4 m (8 pies) y se reduce proporcionalmente a medida que aumenta la frecuencia. Por lo tanto, cuanto más silenciosa sea la frecuencia ascendente, más conveniente será reemplazar un pequeño bucle receptor con un halo más grande, pero aún relativamente compacto . Es prácticamente un sustituto directo de un pequeño bucle receptor, pero con una recepción de señal superior. [ i ]
Patrón de radiación y polarización

Sorprendentemente, el patrón de radiación y recepción de un bucle pequeño es perpendicular al de un bucle autorresonante grande (cuyo perímetro es cercano a una longitud de onda). Dado que el bucle es mucho más pequeño que una longitud de onda, la corriente en cualquier momento es casi constante alrededor de la circunferencia. Por simetría, se puede ver que los voltajes inducidos en los devanados del bucle en lados opuestos del bucle se cancelarán entre sí cuando una señal perpendicular llegue al eje del bucle. Por lo tanto, hay un nulo en esa dirección. [ 11 ] En cambio, el patrón de radiación alcanza su máximo en direcciones que se encuentran en el plano del bucle, porque las señales recibidas de fuentes en ese plano no se cancelan completamente debido a la diferencia de fase entre la llegada de la onda en los lados cercano y lejano del bucle. Aumentar esa diferencia de fase al aumentar el tamaño del bucle provoca un aumento desproporcionadamente grande en la resistencia de radiación y la eficiencia de la antena resultante .
Otra forma de ver una pequeña espira como antena es considerarla simplemente como una bobina inductiva acoplada al campo magnético en la dirección perpendicular al plano de la bobina, según la ley de Ampère . Consideremos entonces una onda de radio que se propaga también perpendicular a ese plano. Dado que los campos magnético (y eléctrico) de una onda electromagnética en el espacio libre son transversales (sin componente en la dirección de propagación), se puede observar que este campo magnético y el de una pequeña antena de espira estarán en ángulo recto y, por lo tanto, no estarán acoplados. Por la misma razón, una onda electromagnética que se propaga dentro del plano de la espira, con su campo magnético perpendicular a ese plano, está acoplada al campo magnético de la bobina. Dado que los campos magnético y eléctrico transversales de una onda electromagnética que se propaga están en ángulo recto, el campo eléctrico de dicha onda también está en el plano de la espira, y por lo tanto se dice que la polarización de la antena (que siempre se especifica como la orientación del campo eléctrico, no del magnético) está en ese plano.
Así, montar el bucle en un plano horizontal producirá una antena omnidireccional que está polarizada horizontalmente; montar el bucle verticalmente produce una antena polarizada verticalmente, débilmente direccional, pero con nulos excepcionalmente nítidos a lo largo del eje del bucle. [ j ] Los criterios de tamaño que favorecen los bucles con un perímetro de 1/4 onda o menor aseguran la nitidez del nulo de recepción del bucle. Los bucles pequeños destinados a la transmisión (ver más abajo) se diseñan lo más grandes posible para mejorar la resistencia de radiación marginal, sacrificando el nulo nítido al usar perímetros tan grandes como 1/3 a 1/2 onda .
Sintonización de entrada del receptor
Dado que una antena de bucle pequeño es esencialmente una bobina, su impedancia eléctrica es inductiva, con una reactancia inductiva mucho mayor que su resistencia de radiación. Para acoplarse a un transmisor o receptor, la reactancia inductiva se cancela normalmente con una capacitancia en paralelo. [ k ] Como una buena antena de bucle tendrá un factor Q alto (ancho de banda estrecho), el condensador debe ser variable y se ajusta para que coincida con la sintonización del receptor.
Las antenas receptoras de bucle pequeño casi siempre se sintonizan mediante un condensador de placas paralelas, lo que hace que su recepción sea de banda estrecha, sensible solo a una frecuencia muy específica. Esto permite que la antena, junto con un condensador de sintonización (variable), actúe como una etapa de entrada sintonizada para la etapa de entrada del receptor, en lugar de un preselector .
Localización de direcciones con bucles pequeños

Siempre que el perímetro del bucle se mantenga por debajo de aproximadamente 1/4 de onda , la respuesta direccional de las antenas de bucle pequeñas incluye un nulo pronunciado en la dirección normal al plano del bucle, por lo que los bucles pequeños son preferibles como antenas compactas de radiogoniometría para longitudes de onda largas.
El procedimiento consiste en girar la antena de bucle para encontrar la dirección donde la señal desaparece: la dirección de "nulo" . Dado que el nulo se produce en dos direcciones opuestas a lo largo del eje del bucle, deben emplearse otros métodos para determinar en qué lado de la antena se encuentra la señal nula . Un método consiste en utilizar una segunda antena de bucle ubicada en otra posición, o bien trasladar el receptor a esa otra ubicación, recurriendo así a la triangulación .
En lugar de la triangulación, se puede combinar eléctricamente una segunda antena dipolo o vertical con una antena de bucle o de varilla. Esta segunda antena , denominada antena de detección, modifica el patrón de radiación combinado, convirtiéndolo en un patrón cardioide con un nulo en una sola dirección (menos precisa). La dirección general del transmisor se puede determinar mediante la antena de detección, y al desconectarla, se restablecen los nulos pronunciados en el patrón de la antena de bucle, lo que permite determinar una orientación precisa.
Antenas receptoras de radiodifusión AM
Las antenas de bucle pequeño presentan pérdidas y son ineficientes para la transmisión, pero pueden ser antenas receptoras prácticas en la banda de radiodifusión de onda media (520–1710 kHz) e inferiores, donde las antenas del tamaño de la longitud de onda son inviables y la ineficiencia de la antena es irrelevante debido a la gran cantidad de ruido atmosférico .
Los receptores de radio AM (y otras radios de baja frecuencia para el mercado de consumo) suelen usar antenas de bucle pequeño, incluso cuando se puede acoplar una antena telescópica para la recepción de FM. [ 12 ] Un condensador variable conectado a través del bucle forma un circuito resonante que también sintoniza la etapa de entrada del receptor a medida que dicho condensador sigue la sintonización principal. Un receptor multibanda puede contener puntos de derivación a lo largo del bobinado del bucle para sintonizar la antena de bucle a frecuencias muy diferentes.
En las radios AM construidas antes de la invención de la ferrita a mediados del siglo XX, la antena podía consistir en docenas de vueltas de alambre montadas en la pared trasera de la radio (una antena helicoidal plana ) o en un soporte separado, giratorio y del tamaño de un mueble, con un bucle de alambre (una antena de marco) .
Antena de bucle de ferrita

Las antenas de bucle de ferrita se fabrican enrollando un alambre fino alrededor de una varilla de ferrita . Se utilizan casi universalmente en receptores de radiodifusión AM. [ 12 ] (p23) [ d ] Otros nombres para este tipo de antena son loopstick , antena de varilla de ferrita o antena, ferroceptor o antena de ferrod . A menudo, en frecuencias de onda media y baja onda corta , se utiliza alambre Litz para el bobinado para reducir las pérdidas por efecto piel . Se utilizan elaborados patrones de "tejido de cesta" en todas las frecuencias para reducir la capacitancia entre bobinados en la bobina asegurando que la autorresonancia del bucle esté muy por encima de la frecuencia de operación, de modo que actúe como un inductor eléctrico que puede resonar con un condensador de sintonización, y con una mejora consecuente del factor Q del bucle .
La inclusión de un núcleo magnéticamente permeable aumenta la resistencia a la radiación de un bucle pequeño, [ 1 ] mitigando la ineficiencia debida a las pérdidas óhmicas. Como todas las antenas pequeñas, estas antenas son diminutas en comparación con su área efectiva . Una antena de bucle típica de radiodifusión AM enrollada en ferrita puede tener un área de sección transversal de solo 1 cm² (0,16 pulg² ) a una frecuencia en la que una antena ideal (sin pérdidas) tendría un área efectiva cien millones de veces mayor. Incluso teniendo en cuenta las pérdidas resistivas en una antena de varilla de ferrita, su área de recepción efectiva puede superar el área física del bucle en un factor de 100. [ 13 ]
Pequeñas espiras transmisoras
Las pequeñas antenas de transmisión son "pequeñas" en comparación con una longitud de onda completa, pero considerablemente más grandes que una pequeña antena de recepción . Suelen utilizarse en frecuencias entre 14 y 30 MHz. A diferencia de las antenas de recepción, el tamaño de las pequeñas antenas de transmisión debe ampliarse para longitudes de onda más largas, con el fin de evitar que la resistencia a la radiación descienda a niveles demasiado bajos para su uso; su mayor tamaño difumina o elimina los nulos especialmente nítidos que proporcionan las pequeñas antenas de recepción.
Tamaño, forma, eficiencia y patrón

Las espiras transmisoras suelen consistir en una sola vuelta de conductor de gran diámetro; normalmente son redondas u octogonales para maximizar el área encerrada para un perímetro dado, maximizando así la resistencia a la radiación . Las espiras más pequeñas son mucho menos eficientes que el extraordinario rendimiento de las espiras autorresonantes de tamaño completo, [ 14 ] o la eficiencia moderada de los monopolos , dipolos y halos , pero cuando no hay espacio para una espira de onda completa o un dipolo de media onda , las espiras pequeñas pueden proporcionar comunicaciones adecuadas con una eficiencia baja pero tolerable. [ 15 ] [ 16 ]
Una pequeña antena de bucle transmisora con un perímetro del 10% o menos de la longitud de onda tendrá una distribución de corriente relativamente constante a lo largo del conductor, [ 1 ] y el lóbulo principal estará en el plano del bucle, por lo que mostrará el nulo familiar en el patrón de radiación de los bucles receptores pequeños, pero más como una atenuación de la señal, en lugar de la pérdida completa de la señal que muestran los bucles de localización de dirección sub- 1/10 de onda . Se pueden construir bucles de cualquier tamaño entre el 10% y el 30% de una longitud de onda en perímetro, hasta casi exactamente el 50% en circunferencia , y sintonizarlos con capacitores en serie a resonancia, pero su corriente no uniforme reducirá o eliminará el nulo del patrón de los bucles pequeños. Se requiere un capacitor para una circunferencia menor a media onda, y se requiere un inductor para bucles mayores a media onda y menores a una onda completa.
Las antenas de bucle del tamaño de las pequeñas antenas transmisoras pueden no tener ni la corriente uniforme de las antenas muy pequeñas ni la corriente sinusoidal de las antenas grandes, por lo que no pueden analizarse utilizando las suposiciones útiles para las pequeñas antenas receptoras ni para las antenas de bucle de onda completa. El rendimiento se determina de forma más conveniente mediante el análisis NEC . Las antenas dentro de este rango de tamaño incluyen la antena de halo (véase más arriba) y la antena de bucle G0CWT (Edginton). Para mayor brevedad, los artículos introductorios sobre antenas de bucle pequeñas a veces limitan la discusión a bucles con una circunferencia menor a 1/10 de la longitud de onda , ya que para bucles con circunferencias mayores a 1/10 de la longitud de onda , la suposición simplificadora de una corriente uniforme alrededor de todo el bucle resulta insosteniblemente imprecisa. Dado que la antena de halo más grande también tiene un análisis sencillo, las antenas de bucle pequeño de tamaño moderado y su análisis complejo a menudo se omiten, dejando a muchos constructores de antenas bien informados sin saber el rendimiento que se puede obtener con bucles de tamaño moderado.
Uso para radio móvil terrestre
Las pequeñas antenas de bucle alineadas verticalmente se utilizan en la radio móvil terrestre militar , en frecuencias de 3 a 7 MHz, debido a su capacidad para dirigir la energía hacia arriba, a diferencia de una antena de látigo convencional . Esto permite la comunicación por onda ionosférica de incidencia casi vertical (NVIS) hasta 300 km (190 millas) en regiones montañosas. Para NVIS, una eficiencia de radiación típica de alrededor del 1 % es aceptable, ya que las trayectorias de la señal se pueden establecer con 1 W de potencia radiada o menos, lo cual es factible cuando se utiliza un transmisor de 100 W.
En uso militar, la antena puede construirse con uno o dos conductores de 2,5 a 5 cm (1 a 2 pulgadas) de diámetro. El bucle en sí suele tener un diámetro de 1,8 m (6 pies) .
Límites de potencia y seguridad de radiofrecuencia
Un problema práctico de las antenas de bucle pequeñas como antenas transmisoras es que, además de una corriente muy alta, el condensador presenta un voltaje muy elevado (normalmente miles de voltios ), incluso con una potencia de transmisión de tan solo unos pocos vatios . Cuanto menor sea el bucle (en longitudes de onda), mayor será el voltaje. Esto requiere un condensador resonante bastante caro y de gran tamaño, con un alto voltaje de ruptura y una mínima pérdida dieléctrica (normalmente se necesita un condensador de aire o incluso un condensador variable de vacío ).

Aumentar el diámetro del bucle disminuirá la tensión en el espacio y mejorará la eficiencia; sin embargo, cualquier otra mejora en la eficiencia tenderá a incrementarla: la eficiencia puede incrementarse fabricando el bucle con un conductor más grueso; otras medidas para reducir la resistencia de pérdida del conductor incluyen soldar o unir las conexiones con latón, en lugar de soldar con estaño. Pero como la reducción de la resistencia de pérdida aumenta el factor Q de la antena , la consecuencia de una mayor eficiencia es una tensión aún mayor en el condensador en el espacio del bucle. Para una frecuencia dada, un bucle pequeño es más peligroso que uno pequeño más grande, y, paradójicamente, un bucle transmisor pequeño relativamente eficiente es más peligroso que uno ineficiente.
Los problemas de quemaduras y descargas por radiofrecuencia que plantea la carga capacitiva de bucles pequeños son más graves que los de la carga inductiva de antenas dipolo o de látigo cortas . [ l ] El alto voltaje de la antena generalmente solo es problemático en el extremo superior de la bobina de carga de un látigo, ya que se distribuye a lo largo de la longitud extendida de la bobina, mientras que los altos voltajes en las placas del condensador de un bucle son (idealmente) máximos en todas las superficies de la placa. Además, las puntas de alto voltaje de los monopolos y dipolos suelen montarse en lo alto y fuera del alcance, lo que limita las oportunidades de quemaduras por radiofrecuencia. Por el contrario, las antenas de bucle pequeño / "magnéticas" toleran mejor ser montadas cerca del suelo, [ m ] por lo que todas las partes de las antenas de bucle, incluidas las partes de alto voltaje, suelen estar al alcance de la mano.
En resumen: los altos voltajes derivados de un factor Q elevado representan una mayor amenaza en las antenas de bucle pequeñas que en la mayoría de las demás antenas pequeñas, y exigen una mayor precaución, incluso para potencias de transmisión muy bajas.
bucles de alimentación
Además de otras técnicas comunes de adaptación de impedancia, como la adaptación gamma, los bucles pequeños de recepción y transmisión a veces se adaptan conectando la línea de alimentación a un bucle alimentador aún más pequeño dentro del área rodeada por el bucle principal. Aunque aún puede estar conectado a través del sistema de tierra, esto deja el bucle principal sin ninguna otra conexión de CC al transmisor. [ 16 ] El bucle alimentador y el bucle principal son, en efecto, las bobinas primaria y secundaria de un transformador , con la potencia en el campo cercano acoplada inductivamente desde el bucle alimentador al bucle principal, que a su vez está conectado al condensador resonante y irradia la mayor parte de la potencia de la señal.
Si tanto el bucle principal como el alimentador son de una sola vuelta, la relación de transformación de impedancia de los bucles anidados es casi exactamente la relación de las áreas de los dos bucles por separado, o el cuadrado de la relación de sus diámetros (suponiendo que tengan la misma forma). Los bucles alimentadores típicos tienen un tamaño de 1/8 a 1/5 del bucle principal de la antena , lo que da relaciones de transformación de 64:1 a 25:1, respectivamente. Ajustar la proximidad y el ángulo del bucle alimentador con respecto al bucle principal, y distorsionar la forma del alimentador, producen cambios pequeños a moderados en la relación de transformación y permiten un ajuste fino de la impedancia del punto de alimentación. Para bucles principales con múltiples vueltas, más utilizados para frecuencias de onda media , el bucle alimentador puede tener una o dos vueltas en el mismo marco que las vueltas del bucle principal, en cuyo caso la relación de transformación de impedancia es muy cercana al cuadrado de la relación del número de vueltas en cada bucle.
Bucles sin antena similares a antenas
Algunas de las llamadas "antenas" se parecen mucho a las antenas de bucle auténticas , pero están diseñadas para acoplarse al campo cercano inductivo, a distancias de 1 a 2 metros (3,3 a 6,6 pies) , en lugar de transmitir o recibir ondas electromagnéticas de larga distancia en el campo lejano radiativo . Debido a esta diferencia, las "antenas" de campo cercano no son antenas de radio en absoluto (cuando funcionan correctamente para el propósito para el que fueron diseñadas).
Asimismo, las bobinas de acoplamiento utilizadas en sistemas de carga inductiva , independientemente de si se utilizan a bajas o altas frecuencias de radio , quedan excluidas de este artículo, ya que no son (o idealmente, no deberían ser) antenas de radio .
Bobinas RFID y calentamiento por inducción
Los sistemas de calentamiento por inducción , las placas de inducción y las etiquetas y lectores RFID interactúan mediante inducción magnética de campo cercano , en lugar de ondas transmitidas de campo lejano . Por lo tanto, estrictamente hablando, no son antenas de radio.
Aunque no son antenas de radio, estos sistemas operan en radiofrecuencias e implican el uso de pequeñas bobinas magnéticas, denominadas «antenas» en la jerga técnica. Sin embargo, resulta más útil considerarlas como análogas a los devanados de los transformadores de acoplamiento laxo . Si bien las bobinas magnéticas de estos sistemas inductivos a veces parecen indistinguibles de las pequeñas antenas de bucle mencionadas anteriormente, estos dispositivos solo pueden operar a corta distancia y están diseñados específicamente para evitar la transmisión o recepción de ondas de radio . Dado que los sistemas de calentamiento inductivo y los lectores RFID solo utilizan campos magnéticos alternos de campo cercano , sus criterios de rendimiento difieren de los de las antenas de radio de campo lejano descritas en este artículo.
Notas a pie de página
- ↑ La antena puede describirse como "autorresonante" en el sentido de que, si se cortocircuitan sus terminales, se generará una corriente en el bucle en respuesta a una onda electromagnética, y la magnitud relativa de dicha corriente aumentará considerablemente alrededor de la frecuencia de resonancia. El hecho de que la antena sea "resonante" también implica que su impedancia de entrada, que es reactiva en la mayoría de las frecuencias, se vuelve puramente resistiva ( resonante ) a esta frecuencia.
- ↑ Para bucles de perímetro mayor a 1 longitud de onda, la ganancia directiva aumenta ligeramente hasta un perímetro de 1,4 longitudes de onda, [ 1 ] pero para bucles circulares más grandes el patrón de radiación se vuelve multilobulado y la radiación perpendicular desaparece o se reduce considerablemente.
- ↑ Se utilizan pequeños bucles con circunferencias de hasta 1/3 ~ 1/4 de longitud de onda para antenas transmisoras , aunque su construcción requiere esfuerzos meticulosos para minimizar la resistencia a las pérdidas; el límite de tamaño inferior práctico está en algún punto alrededor de 1/7 ~ 1/10 de onda .
- 1 2 Una excepción importante es que las radios diseñadas para su instalación dentro de carrocerías metálicas no pueden contener antenas, ya que la recepción de AM quedaría bloqueada por el metal del chasis y el tablero. Las radios para automóviles deben usar antenas externas, que prácticamente nunca son antenas de ferrita.
- ↑ El punto de alimentación de una antenaes el lugar donde su línea de alimentación ( línea de transmisión de RF ) se conecta a la parte radiante de la antena.
- ↑ Una antena de halo tiene aproximadamente 10×~500× mayor resistencia a la radiación que los bucles de 1/4 ~ 1/10 de onda , respectivamente .
- ↑ Una antena de halo no necesita carga capacitiva en los extremos, ya que su circunferencia de casi 1/2 de onda ya es autorresonante . Sin embargo, dado que la capacitancia en los extremos está presente aunque no sea necesaria, para restaurar la resonancia, los brazos del tamaño de un dipolo deben recortarse desde el 97 % convencional de un cuarto de onda.
- ↑ La resistencia de pérdida incluye no solo la resistencia de CC del conductor, sino también su incremento debido al efecto pelicular y al efecto de proximidad . La resistencia de pérdida también incluye las pérdidas en la varilla de ferrita, si se utiliza una.
- ↑ Dado que una antena de halo es de media onda, proporcionará una señal fuerte al receptor, esencialmente igual de fuerte quela potencia de señal recibida de una antena dipolo convencional.
- Dado que la radio AM convencionalmente tiene polarización vertical, las antenas internas de las radios AM son bucles en el plano vertical (es decir, con el núcleo del bucle, alrededor del cual se enrolla, orientado horizontalmente). Se puede demostrar fácilmente la directividad de dicha antena sintonizando una emisora AM (preferiblemente una débil) y girando la radio en todas las direcciones horizontales. En una orientación determinada (y a 180 grados de ella), la emisora estará en la dirección del punto nulo, es decir, en la dirección del núcleo del bucle (perpendicular al bucle). En ese punto, la recepción de la emisora se desvanecerá.
- ↑ Si bien también se podría usar un condensador en serie para cancelar la impedancia reactiva, esto resulta en que el receptor (o transmisor) vea una impedancia (resistiva) muy pequeña. Por otro lado, un condensador en paralelo crea una resonancia de tipo paralelo . En resonancia, cuando la susceptancia del condensador cancela la susceptancia de la antena, el circuito tanque de bucle + condensador produce una impedancia resistiva muy grande en el punto de alimentación, proporcionando así un voltaje mucho mayor a la etapa de entrada del receptor.
- ↑ Para antenas lineales/de hilo recto/“eléctricas”, la adaptación mediante una bobina de carga también genera altos voltajes en el/los extremo/s de la antena y en la bobina de carga; sin embargo, a diferencia de los condensadores, la diferencia de alto voltaje se distribuye uniformemente a lo largo de la longitud de la bobina y, como precaución, generalmente se hace intencionalmente más larga y delgada que la forma corta y robusta, que es más eficiente.
- ↑ El suelo es casi transparente para la parte magnética de las ondas de radio y más propenso a absorber o reflejar la parte eléctrica de las ondas de RF , que es con lo que interactúan las antenas lineales/“eléctricas”.
Referencias
- 1 2 3 Balanis, Constantine (2005). Teoría de antenas (tercera ed.). Wiley-Interscience. pág. 246. ISBN 0-471-66782-X.
- 1 2 3 4 5 Silver, H. Ward; et al., eds. (2015). "Capítulo 5 – Antenas de bucle". The ARRL Antenna Book . Newington, CT: The American Radio Relay League . ISBN 978-1-62595-044-4.
- 1 2 3 Balanis, Constantine A. (2016). Teoría de antenas: análisis y diseño (4.ª ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-64206-1.
- ^ Danzer, Paul (septiembre de 2004). "Un halo de 6 metros". Revista QST . págs. 37-39 .
- ↑ Tildon, Edward P. (diciembre de 1956). "Efectos de polarización en VHF móvil". Revista QST . págs. 11–13 .
- ↑ Straw, R. Dean; et al., eds. (2007). The ARRL Antenna Book . The American Radio Relay League . ISBN 978-0-87259-987-1.
- ↑ Karlquist, Rick (17 de octubre de 2008). Bucles de recepción de banda baja (PDF) . PacifiCon 2008. Recuperado el 29 de abril de 2018 a través de n6rk.com.
- 1 2 Broyde, F.; Clavelier, E. (enero de 2023). "El voltaje de circuito abierto de una antena de bucle de alambre planar utilizada para recepción". Excem Research Papers in Electronics and Electromagnetics (6). doi : 10.5281/zenodo.7498910 .
- ↑ Poole, Ian (2003). Guía Newnes de tecnología de radio y comunicaciones . Elsevier. págs. 113–114 . ISBN 0-7506-5612-3.
- 1 2 CCIR 258 ; CCIR 322 .
- ↑ Rudge, AW; Milne, K.; Olver, AD; Knight, P. (1982). Manual de diseño de antenas . Vol. 2. pág. 688. ISBN 0-86341-569-5.
- 1 2 Dean, Charles E. (1959). Henney, Keith (ed.). Manual de ingeniería de radio . Nueva York: McGraw-Hill. cap. 19 pág. 21.
- ↑ Snelling, EC (1988). Ferritas blandas: Propiedades y aplicaciones (segunda ed.). Butterworths. pág. 303. ISBN 0-408-02760-6.
- ↑ Siwiak, Kai; Findling, Amir (Verano de 2012). "¿Qué tan eficiente es su antena de bucle?" (PDF) . The QRP Quarterly – vía qsl.net/k4fk.
- ↑ Brogdon, A. (abril de 2007). Radioaficionados de bajo perfil: Operando una estación de radioaficionados desde casi cualquier lugar (2.ª ed.). Newington, CT: American Radio Relay League . ISBN 978-0-87259-974-1.
- 1 2 Austin, BA; Boswell, A.; Perks, MA (1 de agosto de 2014). Mecanismos de pérdida en la antena de bucle eléctricamente pequeña (PDF) . mpoweruk.com (Informe). Archivado del original (PDF) el 22 de diciembre de 2016. Recuperado el 4 de agosto de 2017 .
Enlaces externos
- Yates, Steve (AA5TB). "Antenas de bucle de transmisión pequeñas" . Antenas de bucle magnético. AA5TB.com . Fort Worth, TX . Consultado el 14 de octubre de 2022 .
{{cite web}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
- "Lazo transmisor pequeño" . Calculadoras de antenas. 66pacific.com . Consultado el 14 de octubre de 2022 .— Calculadora en línea que resuelve las "Ecuaciones básicas para una pequeña antena de bucle" utilizando fórmulas del libro The ARRL Antenna Book , 15.ª edición.
- "Descripción general de la antena de bucle magnético HF subestimada" (PDF) . Antenas de bucle magnético. www.nonstopsystems.com . Consultado el 1 de enero de 2024 .— Artículo extenso de Leigh Turner VK5KLT (SK) sobre antenas de bucle magnético de HF.
- "Calculadora interactiva de bucles magnéticos" . Calculadora de bucles magnéticos. miguelvaca.github.io . Consultado el 1 de enero de 2024 .— Calculadora interactiva de bucles magnéticos de Jose Vaca VK3CPU.
- Peter Märki; Markus Niese. "Pequeña pero robusta: una antena de bucle magnético hecha con tubos de cobre de 100 mm" . arXiv . Consultado el 14 de julio de 2026 .
{{cite web}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) — Teoría, construcción práctica, eficiencia, mecanismos de pérdida y mediciones de una pequeña antena de bucle magnético transmisora.
- Tipos de antenas de radiofrecuencia
- Sintonización y filtrado inalámbricos