miniatura|Antena de fuet retràctil en un receptor de ràdio FM portàtil Una antena de fuet és una antena que consisteix en un cable o vareta flexible i recte. L'extrem inferior del fuet està connectat al receptor o transmissor de ràdio. Una antena de fuet és un tipus d'antena monopolar. L'antena està dissenyada per ser flexible, de manera que no es trenqui fàcilment. Les antenes de fuet per a ràdios portàtils sovint estan fetes d'una sèrie de tubs metàl·lics telescòpics entrellaçats, de manera que es poden retreure quan no s'utilitzen. Els fuets més llargs, fets per muntar-los en vehicles i estructures, estan fets d'una vareta flexible de fibra de vidre al voltant d'un nucli de cable i poden arribar a ser de fins a de llarg. miniatura|Antena de fuet al cotxe La longitud d'una antena de fuet està determinada per la longitud d'ona de les ones de ràdio amb què s'utilitza. La seva longitud varia des de les antenes compactes elèctricament curtes longitud d'ona llarga, fins a longitud d'ona per millorar la directivitat. El tipus més comú és el quarter-wave whip, que és aproximadament longitud d'ona llarga.
Les antenes de fuet són el tipus més comú d'antena monopolar i s'utilitzen en les bandes de ràdio d'alta freqüència HF, VHF i UHF. S'utilitzen àmpliament com a antenes per a ràdios portàtils, telèfons sense fil, walkie-talkies, ràdios FM, boom box i dispositius amb Wi-Fi, i es connecten als vehicles com a antenes per a ràdios de cotxe i ràdios bidireccionals per a vehicles amb rodes i per a avions. Les versions més grans muntades en teulades, balcons i pals de ràdio s'utilitzen com a antenes d'estació base per a ràdioaficionats i policia, bombers, ambulàncies, taxis i altres despatxadors de vehicles.
Patró de radiació
L'antena de fuet és una antena monopolar i, com un dipol vertical, té un patró de radiació omnidireccional, que irradia la mateixa potència de ràdio en totes les direccions azimutals (perpendiculars a l'eix de l'antena), amb la potència radiada disminuint amb un angle d'elevació fins a zero sobre l'eix de l'antena. Les antenes de fuet de menys de la meitat de la longitud d'ona, incloses les antenes de fuet de quart d'ona comunes, tenen un únic lòbul principal i, amb un pla de terra perfectament conductor a sota, la intensitat de camp màxima és en direccions horitzontals, caient monòtonament fins a zero sobre l'eix. Amb un pla de terra petit o imperfectament conductor o sense pla de terra a sota, el resultat general és inclinar el lòbul principal cap amunt, de manera que la potència màxima ja no s'irradia horitzontalment, sinó en un angle cap al cel.
Les antenes de més de mitja longitud d'ona tenen patrons que consisteixen en diversos "lòbuls" cònics; amb màxims de radiació a diversos angles d'elevació; com més llarga sigui la longitud elèctrica de l'antena, més lòbuls tindrà el patró.
Un fuet vertical irradia ones de ràdio polaritzades verticalment, amb el camp elèctric vertical i el camp magnètic horitzontal.
Les antenes de fuet vertical s'utilitzen àmpliament per a la comunicació per ràdio no direccional a la superfície de la Terra, on la direcció cap al transmissor (o receptor) és desconeguda o canvia constantment, per exemple en receptors de ràdio FM portàtils, walkie-talkies i ràdios bidireccionals en vehicles. La raó és que transmeten (o reben) igual de bé en totes les direccions horitzontals, mentre que irradien poca energia de ràdio cap al cel, on es malgasta.
Longitud miniatura|Bomber utilitzant un walkie-talkie de mà amb una antena de fuet Les antenes de fuet normalment es dissenyen com a antenes ressonants ; la vareta actua com a ressonador per a les ones de ràdio, amb ones estacionàries de voltatge i corrent reflectides d'anada i tornada des dels seus extrems. Per tant, la longitud de la vareta de l'antena està determinada per la longitud d'ona () de les ones de ràdio utilitzades. La longitud més comuna és aproximadament una quarta part de la longitud d'ona (), anomenat "fuet de quart d'ona" (encara que sovint s'escurça mitjançant l'ús d'una bobina de càrrega; vegeu Fuets elèctricament curts a continuació). Per exemple, les antenes de fuet de quart d'ona comunes que s'utilitzen a les ràdios FM als EUA són aproximadament de llarg, que és aproximadament una quarta part de la longitud de les ones de ràdio de la banda de ràdio FM, que són de llarg.
Fuets de mitja ona ( de llarg) que tenen un guany més gran, i fuets d'ona de cinc vuitens ( de llarg) que tenen el guany horitzontal màxim assolible per un monopol, també són longituds comunes.
Guany i resistència a la radiació El guany i la impedància d'entrada de l'antena depenen de la longitud de l'element fuet, en comparació amb una longitud d'ona, però també de la mida i la forma del pla de terra utilitzat (si n'hi ha). Una antena vertical de quart d'ona que treballa contra un terreny infinit perfectament conductor tindrà un guany de 5,19 dBi i una resistència a la radiació d'uns 36,8 ohms. Tanmateix, aquest guany no s'assoleix mai en les antenes reals, tret que el pla de terra tingui un diàmetre de moltes longituds d'ona. 2 dBi és més típic per a un fuet amb un pla de terra de Els fuets muntats en vehicles utilitzen la pell metàl·lica del vehicle com a pla de terra. En els dispositius portàtils normalment no es proporciona un pla de terra explícit, i el costat de terra de la línia d'alimentació de l'antena només està connectat a la terra (comú) de la placa de circuit del dispositiu. Per tant, la ràdio en si serveix com a pla de terra rudimentari. Si el xassís de la ràdio no és gaire més gran que l'antena en si, la combinació de fuet i ràdio funciona més com una antena dipol asimètrica que com una antena monopolar. El guany serà una mica inferior al d'un dipol o un fuet de quart d'ona amb un pla de terra de mida adequada.
Els fuets que no estan muntats a la pròpia ràdio normalment s'alimenten amb un cable coaxial de 50 ohm o 75 impedància ohm. En les antenes transmissores, la impedància de l'antena s'ha d'adaptar a la línia d'alimentació per obtenir la màxima transferència de potència.
Una antena de fuet de mitja ona (longitud de ) té un guany una mica més alt que un fuet d'ona quarta, però té un node de corrent al seu punt d'alimentació a la base de la vareta, de manera que té una impedància d'entrada molt alta. Si fos infinitament prima, l'antena tindria una impedància d'entrada infinita, però l'amplada finita dóna als fuets de mitja ona típics i pràctics una impedància de 800–1.500 ohms. Normalment s'alimenten a través d'un transformador d'adaptació d'impedància o una secció d'adaptació de tall de quart d'ona (per exemple, l'antena de pol J). Un avantatge és que, com que actua com a dipol, no necessita un pla de terra.
El guany horitzontal màxim d'una antena monopolar s'aconsegueix a una longitud de cinc vuitens de longitud d'ona així que aquesta també és una longitud popular per a fuets. Tanmateix, a aquesta longitud, el patró de radiació es divideix en un lòbul horitzontal i un segon lòbul petit a un angle de 60°, de manera que la radiació d'angle alt és deficient. La impedància d'entrada és d'uns 40 ohms.
Antena de pla de terra
En una antena de fuet no muntada en una superfície conductora, com ara una muntada en un pal, la manca d'ones de ràdio reflectides des del pla de terra fa que el lòbul del patró de radiació s'inclini cap al cel, de manera que s'irradia menys potència en direccions horitzontals, cosa indesitjable per a la comunicació terrestre. A més, la impedància desequilibrada de l'element monopolar provoca corrents de radiofreqüència al pal de suport i a l'exterior del conductor de blindatge de terra de la línia d'alimentació coaxial, cosa que fa que aquestes estructures irradiïn ones de ràdio, cosa que normalment té un efecte perjudicial sobre el patró de radiació.
Per evitar això, amb antenes estacionàries muntades en estructures, sovint s'utilitza un "pla de terra" artificial que consisteix en tres o quatre barres d'un quart d'ona de llarg connectades al costat oposat de la línia d'alimentació, que s'estenen horitzontalment des de la base de l'antena. Això s'anomena antena de pla de terra. Aquests pocs elements de cable curt serveixen per rebre el corrent de desplaçament de l'element accionat i retornar-lo al conductor de terra de la línia de transmissió, fent que l'antena es comporti una mica com si tingués un pla conductor continu a sota.
La resistència a la radiació d'una antena de pla de terra de quart d'ona amb cables de terra horitzontals és d'uns 22 ohms, una mala coincidència amb la línia d'alimentació del cable coaxial, i el lòbul principal del patró de radiació encara està inclinat cap al cel. Sovint (vegeu les imatges) les barres del pla de terra estan inclinades cap avall en un angle de 45 graus, cosa que té l'efecte de baixar el lòbul principal del patró de radiació de manera que es radia més potència en direccions horitzontals i augmenta la impedància d'entrada per a una bona coincidència amb el cable coaxial estàndard de 50 ohms. Per coincidir amb el cable coaxial de 75 ohms, els extrems del pla de terra es poden girar cap avall o es pot utilitzar un element accionat monopolar plegat.
Fuets elèctricament curts esquerra|miniatura|Una antena de goma tipus ducky, un tipus comú de fuet elèctricament curt, en un transceptor CB UHF portàtil. Amb la funda de goma (esquerra) treta. Per reduir la longitud d'una antena fuet per fer-la menys feixuga, sovint s'hi afegeix un inductor (bobina de càrrega) en sèrie. Això permet que l'antena es faci molt més curta que la longitud normal d'un quart d'ona, i que encara sigui ressonant, cancel·lant la reactància capacitiva de l'antena curta. Això s'anomena fuet elèctricament curt. La bobina s'afegeix a la base del fuet (anomenat fuet carregat de base) o ocasionalment al mig (fuet carregat al centre). En la forma més utilitzada, l'antena d'ànec de goma, la bobina de càrrega s'integra amb la mateixa antena fent el fuet d'una hèlix estreta de filferro elàstic. L'hèlix distribueix la inductància al llarg de la longitud de l'antena, millorant el patró de radiació i també la fa més flexible. Una altra alternativa que s'utilitza ocasionalment per escurçar l'antena és afegir un "barret de capacitat", una pantalla metàl·lica o cables radiants, al final. Tanmateix, tots aquests fuets elèctricament curts tenen un guany inferior a un fuet de quart d'ona de longitud completa.
El funcionament multibanda és possible amb bobines a aproximadament la meitat o un terç i dos terços que no afecten gaire l'antena a la banda més baixa, però creen l'efecte de dipols apilats a una banda més alta (normalment de freqüència ×2 o ×3).
A freqüències més altes el cable coaxial d'alimentació pot pujar pel centre d'un tub. La unió aïllada del tub i el cable fuet s'alimenta des del cable coaxial i l'extrem inferior del tub on entra el cable coaxial té un suport aïllat. Aquest tipus de cable fuet vertical és un dipol complet i, per tant, no necessita cap pla de terra. Generalment funciona millor diverses longituds d'ona per sobre del terra, d'aquí la limitació normalment a bandes de microones.
Galeria d'imatges
Referències
Categoria:Antenes