ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Las ondas electromagnéticas fueron previstas antes de ser descubiertas. En verdad, las ecuaciones de Maxwell que describían los campos magnéticos prevían también la existencia de radiaciones, de la misma naturaleza que la luz, y que se propagan en el espacio con una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo.
Las ecuaciones de Maxwell fueron presentadas en 1865, pero solamente en 1887 consiguió comprobar la existencia de ondas electromagnéticas según las ya previstas, produciéndolas en su laboratorio. Una carga eléctrica, o un cuerpo cargado, es responsable por una perturbación en el espacio que lo rodea y que se denomina campo eléctrico. Este campo eléctrico se representa mediante líneas imaginaria, denominadas líneas de fuerza.
Cuando una carga eléctrica se encuentra en movimiento produce corriente eléctrica y esta influencia es definida como campo magnético. El campo magnético se representa mediante líneas de fuerza concéntricas, envolviendo la trayectoria de la carga. El tipo de influencia para los dos campos eléctricos también se diferencia: el campo eléctrico actúa sobre cualquier cuerpo cargado, atrayendo o repeliendo conforme a la polaridad, mientras que el campo magnético actúa sobre determinados materiales, independientemente de su carga.
Partiendo de la posición inicial de una carga en que la misma se encuentra detenida, solo existe campo eléctrico a su alrededor y el mismo es máximo. El campo magnético es nulo, pues la carga se encuentra en reposo. A medida que la carga se desplaza hacia otro punto, el campo eléctrico se reduce, mientras el campo magnético aumenta. En medio de la trayectoria, cuando la velocidad es máxima, el campo magnético también es máximo y el campo eléctrico se reduce a su valor mínimo.
Cuando la carga llega al extremo de la trayectoria, por algún instante se detiene para invertir su movimiento. En este instante, el campo eléctrico nuevamente es máximo y el campo magnético es cero. En la inversión del movimiento, se tienen nuevamente el crecimiento de intensidad del campo magnético hasta el medio de la trayectoria y la reducción al mínimo del campo eléctrico y después, hasta el extremo, el aumento del campo magnético. Entonces se puede notar una oscilación en el campo magnético y el eléctrico con un defasaje de 90° entre ellos.
El resultado de este fenómeno es la producción de una perturbación única que se propaga por el espacio con velocidad finita.
Existe un tiempo determinado de contracción de las líneas de fuerza tanto del campo magnético como del eléctrico, así como la expansión. Así, independientemente de la velocidad con que la carga oscile, o sea, de su frecuencia, la velocidad con que la perturbación se propaga es bien definida y constante; dicha perturbación se propaga en el vacío a una velocidad de 2,997793 x 1010 centímetros por segundo o 300.000 Kilómetros por segundo y es lo que llamamos onda electromagnética.
POLARIZACIÓN.
Para representar una onda electromagnética precisamos tener en cuenta tanto su componente eléctrica como magnética, pues, como vimos, la misma corresponde a una alternancia entre dos campos. Cuando deseamos recibir una onda electromagnética, lo que tenemos que hacer es interceptarla de modo de tener una corriente en un conductor que pueda ser amplificada y trabajada por circuitos especiales y eso se logra a través de una antena.
Cuando Hertz realizó sus primeros experimentos sobre la transmisión inalámbrica de ondas electromagnéticas, empezó a utilizar las antenas. Pero las antenas, tal como las conocemos hoy, se originaron en los experimentos de Marconi y Popov, que desarrollaron las primeras tecnologías sobre este importante aspecto de las radiocomunicaciones.
Una antena es básicamente un pedazo de material conductor que está conectado al transmisor. Este conductor es generalmente un alambre de cobre o una varilla de aluminio, material muy utilizado debido a su buena resistencia y bajo peso. Una antena, para que cumpla su función correctamente, debe tener un determinado tamaño, forma y estar construida con materiales especiales.
De acuerdo a la IEEE (IEEE Std145-1983) las antenas se definen como “un medio para radiar o recibir ondas de radio”. En otras palabras la antena es el equipo de transición entre el espacio libre y los equipos de transmisión de onda guiada, tal como un cable coaxial o una línea microstrip, los cuales se encuentran conectados a unos dispositivos electrónicos que permiten realizar el tratamiento de las señales electromagnética para la codificación o decodificación de los mensajes transmitidos o recibidos. Además de emitir y recibir energía, se requiere que una antena en los sistemas de comunicación modernos optimice y acentúe la radiación de energía en unas direcciones y la suprima en otras, es decir, que no solamente debe actuar como un sensor inalámbrico, si no que debe actuar como un dispositivo direccional.
Los parámetros importantes en una antena en los sistemas inalámbricos de comunicación son el rango de frecuencia de operación, el tamaño y el diagrama de cobertura de la antena. Se define el diagrama de radiación de una antena como una representación del nivel de potencia emitido o recibido por la antena en las distintas direcciones del espacio alrededor de la misma. Los sistemas inalámbricos de radiodifusión, tales como la televisión y las radios AM y FM, requieren antenas con diagramas de radiación que son uniformes en todas las direcciones en un plano paralelo a la superficie de la tierra, diagramas a los que se conoce como omnidireccionales, estos diagramas pueden obtenerse mediante antenas construidas con hilos metalicos, tales como monopolos, dipolos y antenas de cuadro. En otros sistemas tales como los radioenlaces punto a punto o los sistemas de radiodifusión por satélite, se precisan antenas que emitan o reciban potencia preferentemente en una única dirección, dando lugar a diagramas direccionales conocidos como diagramas tipo pincel o diagrama de haz enfocado. La medida de la direccionalidad de un diagrama de radiación de una antena viene dada por la directividad o por la ganancia de la misma, por ejemplo, una antena omnidireccional tiene baja ganancia, mientras que una antena de haz enfocado tiene alta ganancia.
Una característica importante de todas las antenas es que hay relaciones inevitables entre el rango de frecuencia de operación, el tamaño y la ganancia. Debido a la naturaleza electromagnética del funcionamiento de la antena, la radiación eficiente de una señal por parte de la antena requiere que tenga unas dimensiones físicas mínimas que son del orden de la longitud de onda
a la frecuencia de operación. Esto significa que el tamaño de la antena disminuye conforme aumenta la frecuencia, de forma que mientras que las antenas a baja frecuencia serán muy grande (por ejemplo, las emisoras de AM que trabajan a frecuencia por debajo de 1 MHZ), las antenas a frecuencias de microondas (por encima de los 300 MHz) serán pequeñas (por ejemplo, antenas utilizadas en las estaciones base de telefonía móvil). Además, se puede demostrar que la ganancia de una antena es proporcional al cociente entre el área de su sección transversal y el 
con lo cual, las antenas de alta ganancia tienen que ser eléctricamente grandes. Así, mientras que una antena de baja ganancia utilizada en un receptor GPS (sistema de posicionamiento global) a 1.575 GHz puede tener un área de unas pocas decenas de centímetros cuadrados, el plato de una antena parabólica usada en un radioenlace punto a punto a las misma frecuencia puede tener varios metros de diámetros.
CAMPO ELECTROMAGNÉTICO Y POTENCIA RADIADOS POR UNA ANTENA
REGIONES DE CAMPO:
El espacio que rodea a una antena se subdivide usualmente en tres regiones: región de campo próximo reactivos, región de campo próximo radiante (también conocida como región Fresnel) y región del campo lejano (también conocida como región de Fraunhofer). En cada una de estas tres regiones, la estructura de los campos tiene característica diferente.
Región de campo próximo reactivo: se define aquella porción de la región de campo próximo que rodea a la antena, en donde no se equilibra la densidad de energía eléctrica y la densidad de energía magnética en cada punto del espacio. Para la mayoría de las antenas, se suele definir la región de campo próximo reactivo como una esfera centrada en el centro geométrico de la antena.
Región de campo próximo radiante: se define como aquella región de campo de una antena comprendido entre la región de campo próximo reactivo y la región de campo lejano en la que predominan los campos de radiación, y en la que la dependencia de los campos con coordenadas esféricas angulares varía con la distancia a la antena.
Región de campo lejano: es aquella región de campo en la que la dependencia de los campos con las coordenadas angulares no depende de la distancia de la antena. Además, en esta región las componente radial de los campos es despreciable, y los campos pueden ser aproximadamente expresados como los campos de una onda esférica trasversal electromagnética (TEM).
VECTOR DE POYNTING, INTENSIDAD DE RADIACIÓN Y POTENCIA RADIADA
Vector de Poynting.
De acuerdo con el principio de conservación de la energía para campos electromagnéticos, la potencia por unidad de superficie transportada por una onda electromagnética en una dirección viene dada por la componente del vector de Poyntin en esa dirección y en ese punto del espacio. Si 
y 
, son los campos eléctricos y magnéticos de la onda, el vector de Poynting
y , son los campos eléctricos y magnéticos de la onda, el vector de Poynting 
instantáneo viene dado por:
Intensidad de radiación.
La intensidad de radiación emitida por una antena en una dirección dada
representa el promedio de potencia radiada por la misma en esa dirección por unidad de ángulo solido en la región de campo lejano. La intensidad de radiación de una antena vendrá dada por: 
Potencia promedio total radiada.
La potencia promedio total radiada por una antena podría obtenerse integrando la densidad de potencia por unidad de superficie en una esfera de radio r que rodea la antena. Este calculo puede simplificarse mucho si la esfera se sitúa en la región de campo lejano, en cuyo caso la potencia total también se puede calcular como una integral de la intensidad de radiación con respecto al ángulo solido:
PARÁMETROS DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA
Diagrama de radiación
Los diagramas de radiación de una antena son representaciones gráficas de la propiedades de radiación de una antena en la región de campo lejano en función de las coordenadas esféricas angulares y . Los diagramas de radiación mas usuales son los diagramas de campo, en los que se representan los módulos de las componentes del fasor de campo eléctrico y en los puntos de una esfera (en las que la coordenadas esféricas r permanecen constantes), y los diagramas de potencia, en los que representa la intensidad de radiación . Aunque las representaciones se pueden llevar a cabo en una escala lineal, es muy corriente llevar a cabo las representaciones en escala logarítmica, y mas concretamente en decibelios (dB). En ese caso, las magnitudes que se representan en los diagramas de campo y potencia son:
La representación en escala logarítmica es deseable porque puede resaltar con más detalle aquellas partes del diagrama de radiación donde las magnitudes representadas alcanzan valores pequeños.
Un lóbulo de radiación es una porción del diagrama de radiación que esta limitada por regiones donde la intensidad de radiación es relativamente mas débil. El lóbulo principal del diagrama de radiación es el que contiene la dirección de máxima emisión de radiación. Los lóbulos secundarios son todos aquellos lóbulos diferentes al lóbulo principal. Los lóbulos laterales son los lóbulos secundarios adyacentes al lóbulo principal. El lóbulo posterior es el que emite radiación en una dirección que forma un ángulo de aproximadamente 180° con la dirección de emisión de radiación del lóbulo principal.
Una propiedad fundamental de las antenas es su capacidad para focalizar la potencia radiada en determinadas direcciones, tratando de evitar la emisión de potencia en otras direcciones distintas. Una antena con un lóbulo principal ancho puede emitir o recibir potencia en un gran intervalo angular, mientras que una antena con un lóbulo principal estrecho solo emitirá y recibirá potencia en un pequeño intervalo angular.
Directividad
La directividad de una antena en una dirección dada se define como la razón entre la intensidad de radiación en esa dirección y la intensidad de radiación promediada en todas la dirección del espacio.
La directividad en una dirección es una figura de merito que nos indica la capacidad que tiene la antena para concentrar la energía radiada en esa dirección. En este sentido, es un indicador de las propiedades direccionales relativas de la antena.
Eficiencia de radiación
Todas las antenas tienen perdidas resistivas debidas a las perdidas óhmicas en los metales con las que están fabricadas, y en el caso de las antenas que incluyen dieléctricos, a las pérdidas en los dieléctricos. Todas estas pérdidas tienen como consecuencia que exista una diferencia entre la potencia promedio suministrada en los terminales de entrada de la antena y la potencia promedio radiada por la antena
Se define la ganancia de una antena en una determinada dirección como la razón entre la intensidad de radiación en esa dirección y la intensidad de radiación que se obtendría si toda la potencia suministrada a la antena se radiara de forma isótropa. De acuerdo con esta definición, la ganancia de la antena en la dirección caracterizada por las coordenadas esféricas angulares y viene dada por:
BIBLIOGRAFÍA.
Revista SABER ELECTRÓNICA, Nº de colección 22 Edición Nº 4-03, Editorial AMERICA S.A, 1991.
