Antena de patito de goma

La antena de patito de goma (o antena de patito de goma) es una antena monopolar eléctricamente corta, inventada por Richard B. Johnson, que funciona de manera similar a una antena de látigo con carga en la base. Consiste en un alambre elástico con forma de hélice estrecha, sellado en una funda de goma o plástico para proteger la antena. La antena de patito de goma es un tipo de antena helicoidal de modo normal.

Las antenas eléctricamente cortas, como la antena de patito de goma, se utilizan en equipos de radio portátiles de mano en frecuencias VHF y UHF en lugar de una antena de látigo de un cuarto de longitud de onda, que es incómodamente larga y engorrosa en estas frecuencias. Muchos años después de su invención en 1958, la antena de patito de goma se convirtió en la antena preferida para muchos dispositivos de radio portátiles, incluidos walkie-talkies y otros transceptores portátiles, escáneres y otros dispositivos donde la seguridad y la robustez tienen prioridad sobre el rendimiento electromagnético. La antena de patito de goma es bastante flexible, lo que la hace más adecuada para el funcionamiento portátil, especialmente cuando se lleva en el cinturón, que las antenas telescópicas rígidas anteriores.

El término "pato de goma" proviene del revestimiento protector de goma que se ve comúnmente en las radios portátiles y las radios policiales. Un nombre alternativo se basa en el formato corto: la "antena corta".

Antes de la aparición del patito de goma, las antenas de las radios portátiles solían consistir en antenas de látigo de un cuarto de onda, varillas cuya longitud era un cuarto de la longitud de onda de las ondas de radio utilizadas. En el rango VHF donde se utilizaban, estas antenas tenían una longitud de 0,6 o 0,9 m (2 o 3 pies), lo que las hacía incómodas. A menudo estaban hechas de tubos telescópicos que se podían retraer cuando no se utilizaban. Para hacer que la antena fuera más compacta, se empezaron a utilizar antenas eléctricamente cortas, más cortas que un cuarto de longitud de onda. Las antenas eléctricamente cortas tienen una reactancia capacitiva considerable, por lo que para hacerlas resonantes a la frecuencia de funcionamiento se añade un inductor (bobina de carga) en serie con la antena. Las antenas que tienen estos inductores integrados en sus bases se denominan antenas de látigo cargadas en la base.

La antena de patito de goma es una antena de cuarto de onda eléctricamente corta en la que el inductor, en lugar de estar en la base, está integrado en la propia antena. La antena está hecha de una espiral estrecha de alambre como un resorte, que funciona como el inductor necesario. El alambre elástico es flexible, lo que lo hace menos propenso a sufrir daños que una antena rígida. La antena de resorte está además envuelta en una cubierta de plástico o similar al caucho para protegerla. El nombre técnico de este tipo de antena es hélice de modo normal. Las antenas de patito de goma suelen tener una longitud de onda de entre el 4 % y el 15 %; es decir, entre el 16 % y el 60 % de la longitud de un látigo de cuarto de onda estándar.

Dado que la longitud de esta antena es significativamente menor que la longitud de onda, la apertura efectiva, si es 100% eficiente, sería aproximadamente:

${\displaystyle A_{e}={\frac {3\lambda ^{2}{8\pi }$

Al igual que otras antenas eléctricamente cortas, la antena de goma tiene un rendimiento más bajo (menor ganancia) debido a las pérdidas y, por lo tanto, una ganancia considerablemente menor que una antena de látigo de cuarto de onda. Sin embargo, tiene un rendimiento algo mejor que una antena de carga de base de igual longitud. Esto se debe a que la inductancia se distribuye por toda la antena y, por lo tanto, permite una corriente algo mayor en la antena.

Las antenas de patito de goma tienen una ganancia menor que una antena de un cuarto de longitud de onda de tamaño completo, lo que reduce el alcance de la radio. Se utilizan normalmente en radios bidireccionales de corto alcance donde el alcance máximo no es un requisito. Su diseño es un compromiso entre la ganancia de la antena y el tamaño pequeño. Son difíciles de caracterizar eléctricamente porque la distribución de corriente a lo largo del elemento no es sinusoidal como es el caso de una antena lineal delgada.

Al igual que otros monopolos cortos cargados inductivamente, el patito de goma tiene un factor Q alto y, por lo tanto, un ancho de banda estrecho. Esto significa que, a medida que la frecuencia se aleja de la frecuencia central diseñada de la antena, su ROE aumenta y, por lo tanto, su eficiencia disminuye rápidamente. Este tipo de antena se utiliza a menudo en un amplio rango de frecuencias, por ejemplo, 100–500 MHz, y en este rango su rendimiento es deficiente, pero en muchas aplicaciones de radio móvil hay suficiente exceso de intensidad de señal para superar cualquier deficiencia en la antena.

• Si las bobinas de la primavera son anchas (un diámetro grande), en relación con la longitud de la matriz, la antena resultante tendrá ancho de banda estrecho.
• Por el contrario, si las bobinas de la primavera son estrechas, en relación con la longitud de la matriz, la antena resultante tendrá su mayor ancho de banda posible.
• Si la antena es resonante, y la primavera tiene un diámetro grande, la impedancia estará bien por debajo de 50 Ω, tendiendo hacia 0 Ω con grandes inductores mientras la estructura comienza a parecerse a un circuito de serie con poca resistencia a la radiación.
• Si la antena es resonante, y la primavera tiene un pequeño diámetro, la impedancia aumentará hacia 70 Ω.

A partir de estas reglas, se puede suponer que es posible diseñar una antena de goma con una impedancia de aproximadamente 50 Ω en su punto de alimentación, pero puede ser necesario comprometer el ancho de banda. Las antenas de goma modernas, como las que se usan en los teléfonos celulares, tienen una forma cónica que permite hacer pocos sacrificios en el rendimiento.

Algunas antenas de patito de goma tienen un diseño muy diferente al original. Un tipo utiliza un resorte solo como soporte. El resorte está cortocircuitado eléctricamente. Por lo tanto, la antena es eléctricamente una antena de elemento lineal. Otras antenas de patito de goma utilizan un resorte de material no conductor como soporte y comprenden una antena de matriz colineal. Estas antenas todavía se llaman antenas de patito de goma, aunque funcionan de manera muy diferente (y a menudo mejor) que la antena de resorte original.

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