Introducción a los Sistemas de Captación de Señales

Un circuito oscilante abierto es aquel que tiene la propiedad de transformar en oscilaciones eléctricas la energía de corriente continua con la que se ha cargado un condensador. Este principio es fundamental para entender cómo ciertos componentes electrónicos interactúan con las señales, especialmente en el ámbito de la captación y procesamiento.

Antenas: Fundamentos y Tipos

¿Qué es una Antena?

Una antena es, en esencia, un circuito oscilante abierto diseñado para transmitir o recibir ondas electromagnéticas. Su función principal consiste en transformar señales eléctricas en ondas electromagnéticas (en el caso de una antena emisora) o viceversa (en el caso de una antena receptora). Es el último elemento en la cadena de emisión de ondas y el primero en la de recepción de señales, actuando como el transductor que convierte las ondas electromagnéticas en señales eléctricas en los terminales del elemento captador (como un dipolo).

Tipos de Señales y Antenas de Recepción

Las antenas están diseñadas para captar diversos tipos de señales, principalmente de radio y televisión (tanto analógica como digital).

Antenas de Recepción de Radio

• Radio Analógica de FM: Diseñada para la recepción móvil, lo que implica que las potencias de transmisión suelen ser elevadas.
• Radio Digital DAB: También diseñada para la captación móvil. Para su recepción, se debe elegir una antena adecuada para la banda BIII. Los canales actualmente utilizados son el 10 y 11, con reserva de los canales 8, 9, 10 y 11 para servicios futuros. Es posible utilizar una antena mixta UHF y VHF para cubrir estas necesidades.

Antenas de Recepción de Televisión

• Televisión Analógica: La calidad de la recepción depende tanto de la elección de la antena como del lugar concreto de su instalación.
• Televisión Digital: Soporta niveles de interferencia más altos, ecos, etc., en comparación con la analógica. Es una tecnología de umbral, lo que significa que por debajo de ciertos niveles de señal, no se recibe ninguna señal.

Construcción y Componentes Fundamentales de una Antena

Todas las antenas basan su funcionamiento en un elemento fundamental denominado dipolo. Generalmente, están construidas con tubos de aluminio o duraluminio, materiales que ofrecen ligereza, resistencia a la corrosión, buena conductividad eléctrica y un precio no elevado.

Partes Fundamentales de una Antena

• Dipolo: Es el elemento activo que permite a las antenas captar las ondas electromagnéticas de TV con niveles adecuados. Está constituido por dos hilos o varillas conductoras dispuestas una a continuación de la otra, siguiendo la misma dirección pero en sentido contrario. Su longitud ideal es la mitad de la longitud de onda de la señal a captar o radiar. Debe estar orientado en la dirección de procedencia de la onda electromagnética. El dipolo más utilizado es el dipolo plegado, que posee una mayor anchura de banda y permite la recepción de un mayor número de canales.
• Dipolo de Media Onda: Es una antena cuya longitud total es la mitad de la longitud de onda de la señal que se desea emitir o recibir. Se alimenta por el centro, quedando dividida en dos trozos de un cuarto de longitud de onda. En su funcionamiento, se originan ondas estacionarias de tensión e intensidad, con valores de tensión máximos en los extremos del dipolo y mínimos en el centro, mientras que los valores de intensidad se comportan de manera inversa. La máxima intensidad de radiación tiene lugar en los puntos perpendiculares al plano del dipolo.
• Dipolo Plegado: Consta de dos dipolos de media onda muy próximos entre sí, unidos por los extremos. La ganancia y la directividad son similares a las de los dipolos simples, pero su impedancia característica es de 300 ohmios y poseen un ancho de banda mayor. Se utilizan en antenas multicanales, permitiendo la recepción de varios canales, incluso bandas completas de TV.
• Reflector: Elemento pasivo que se coloca detrás del dipolo a una distancia de 0.1 a 0.25 longitudes de onda. Su longitud es superior a la del dipolo en un 5 %. Su función consiste en reflejar hacia el dipolo la energía que este irradiaría hacia atrás, incrementando la señal recibida. Aporta una ganancia típica de 3 dB.
• Directores: Elementos pasivos que se colocan delante del dipolo a una distancia aproximada de 0.25 longitudes de onda. Su función es dirigir la energía hacia el dipolo y estrechar el lóbulo de recepción, lo que permite captar señales emitidas desde mayor distancia y mejorar la directividad.

Características Clave de una Antena

Ganancia

Es el parámetro más importante, ya que nos indica en qué valor se incrementa el nivel de señal de TV con referencia a otro tipo de antena (generalmente un dipolo de media onda o una antena isotrópica). Se define como la relación entre la potencia recibida sobre una carga conectada a los terminales de la antena y la potencia que recibiría una antena de referencia en las mismas condiciones. Se expresa en decibelios (dB).

Ganancia de Tensión

La ganancia de tensión de una antena receptora es la relación entre la tensión máxima captada por la antena en sus terminales y la tensión máxima que captaría un dipolo de referencia en las mismas condiciones.

Directividad

Es la capacidad de las antenas para captar señales predominantemente de una dirección y sentido determinados. Se relaciona con el ángulo en el que la antena puede recibir la señal de TV con una ganancia no inferior en más de 3 dB respecto a la ganancia máxima, tanto a la derecha como a la izquierda de la dirección de máxima ganancia.

Parámetros que Determinan la Directividad:

• Ancho de Haz: Es el ángulo formado por los dos ejes imaginarios que unen la antena con los puntos donde la ganancia ha caído 3 dB respecto del punto de máxima radiación. Cuanto menor sea este ángulo, mayor será la selectividad en la captura de señales.
• Relación Delante/Atrás (F/B Ratio): Es la relación entre la ganancia de la antena en la dirección de máxima radiación y la ganancia en la dirección opuesta (180º), o en cualquier otra dirección comprendida entre 90º y 270º. Esta característica es crucial para evitar interferencias de otros transmisores en el mismo canal pero en sentidos opuestos, ya que indica la atenuación del lóbulo posterior.

Ancho de Banda

Es el margen de frecuencias dentro del cual la antena mantiene sus características óptimas de directividad, ganancia y relación Delante/Atrás. Define el rango de frecuencias sobre el que una antena puede trabajar eficientemente. Se distinguen:

• Antenas de banda estrecha: Diseñadas para un solo canal.
• Antenas de banda ancha: Diseñadas para cubrir una banda completa o múltiples bandas.

Impedancia

Es un parámetro fundamental que determina la transferencia de energía desde la antena al cable de distribución de la señal en la instalación de recepción de TV. Para una máxima transferencia de potencia y una recepción óptima, es necesario que todas las impedancias (antena, cable, televisor) estén adaptadas. Si no hay adaptación de impedancias, se produciría una pérdida de señal y una recepción deficiente en el televisor.

Tipos Comunes de Antenas

• Antena Yagi: Constituida por un dipolo, directores y un reflector. Puede utilizarse para banda ancha, estrecha y multibanda.
• Antena PRO: Variante de la antena Yagi, que consiste en el apilamiento angular de parrillas directoras. Esto proporciona un ancho de banda y una ganancia superiores a las antenas Yagi convencionales. Contribuyen a eliminar señales reflejadas como consecuencia del estrechamiento del haz producido por las parrillas apiladas.
• Antena Logarítmica (Log-Periódica): Formada por un conjunto de dipolos activos. Es una antena multibanda, empleada comúnmente en instalaciones individuales donde el nivel de señal es aceptable.
• Antena de Panel: Consiste en una agrupación de antenas dispuestas verticalmente. Contienen un número par de dipolos (generalmente 2 o 4) separados de tal forma que sus efectos se sumen. Es una antena de ganancia media y buen ancho de banda, fabricada principalmente para la banda UHF, con ganancias típicas de hasta 14 dB.
• Antena DAT: Consiste en un apilamiento angular de parrillas directoras, que proporcionan un ancho de banda y una ganancia superiores a las antenas Yagi. Este apilamiento contribuye a eliminar las señales reflejadas. Ha sido diseñada específicamente para la recepción de señales digitales.
• Antena Electrónica: Se caracterizan por tener sus elementos integrados en una placa de circuitos y por incorporar una etapa de amplificación. Necesitan telealimentación a través del cable coaxial. Suelen ser menos directivas que las antenas pasivas.

Preamplificadores en Sistemas de Recepción

La función principal de un preamplificador es elevar el nivel de la señal captada por la antena. El objetivo es que la señal alcance un valor que permita una imagen perfecta en los televisores. Su uso no es obligatorio y dependerá del nivel de señal que capte la antena; se necesitará su utilización cuando el nivel de señal sea bajo. Se instalan en el mástil, cerca de la antena. El dipolo se conecta a la entrada del preamplificador. Generalmente son de banda ancha, amplificando por igual todos los canales. Están constituidos por un adaptador de impedancias (tanto a la entrada como a la salida) y un amplificador de banda ancha. La alimentación de corriente continua se les suministra por el mismo cable de bajada (telealimentación). Suelen incorporar filtros de paso bajo y paso alto.

Tipos de Preamplificadores para Mástil

• Amplificadores de Banda Ancha con una entrada: Poseen una entrada y una salida, y se emplean en instalaciones individuales cuando la antena de recepción es multibanda.
• Amplificadores de Banda Ancha con varias entradas: Permiten amplificar en una banda y mezclar con otra, o amplificar en varias bandas simultáneamente. Disponen de varias entradas para diferentes bandas y sus salidas son mezcladas en una única salida.

Características de los Amplificadores de Antena

• Ganancia: Representa la diferencia entre el nivel de señal a la entrada y a la salida del amplificador.
• Factor de Ruido (Noise Figure): Indica el nivel de ruido que el amplificador añade a la señal de entrada. Se manifiesta en el televisor en forma de «nieve», manchas, etc. Cuanto mayor sea el ruido, peor será la calidad de la imagen. Para evaluar el impacto del ruido, se emplea la relación Señal/Ruido (S/N Ratio), que es una de las características más importantes de un amplificador: cuanto mayor sea esta relación, mayor será la calidad de la imagen.
• Tensión de Entrada Máxima: Es el valor de tensión de entrada a partir del cual el amplificador comienza a generar intermodulación.
• Intermodulación: Es una forma de distorsión de la señal que aparece cuando el nivel de señal a la entrada de un amplificador es excesivamente elevado.
• Crosstalk (Intermodulación Cruzada): Tipo de distorsión que se produce cuando interfieren las señales de sonido e imagen, provocando que el sonido se superponga a la imagen y viceversa.
• Tensión Mínima de Entrada: Es el valor mínimo de señal de entrada necesario para que la relación Señal/Ruido se mantenga dentro de los valores admisibles. Ante señales débiles, los niveles de ruido aumentan, lo que puede hacer que la imagen aparezca en la pantalla en forma de «nieve».
• Tensión Máxima de Salida: Indica el nivel máximo de señal que el amplificador es capaz de entregar a su salida sin distorsión significativa.
• Pérdida de Retorno (Return Loss) Entrada/Salida: Es una medida de la adaptación de impedancias existente entre el amplificador y la red de distribución a la que está conectado.