Producción de Ondas Electromagnéticas por una Antena

Ni las cargas inmóviles ni las corrientes estables pueden producir ondas electromagnéticas. No obstante, cada vez que la corriente en un alambre cambia con el tiempo, el alambre emite radiación electromagnética.
El mecanismo fundamental responsable de esta radiación es la aceleración de una partícula con carga. Cada vez que una partícula con carga se acelera, emite energía por radiación electromagnética.
Una antena de varilla emite ondas electromagnéticas direccionalmente; la máxima potencia se envía en dirección perpendicular a la varilla.
Características
1. La anchura del cono es una medida del ancho del haz que se emite. Mientras más pequeño sea el haz, más direccional será la emisión de la antena. El ancho del haz depende de la frecuencia de la onda: mientras menor sea ésta, menor será el ancho del haz.
2. Cuando a una varilla le llega una onda electromagnética, ésta induce en la varilla una corriente eléctrica que tiene la misma frecuencia que la de la onda incidente. Cualquier dispositivo, como la varilla, que transforma una onda electromagnética en una corriente eléctrica se llama antena receptora.
3. Las antenas, ya sean receptoras o emisoras, funcionan con las mismas características. Así, las propiedades direccionales de la recepción en una antena receptora son las mismas que si funcionara como emisora. Además, una antena receptora absorbe la máxima potencia cuando su longitud es igual a la mitad de la longitud de onda que tiene la onda incidente.
4. El tipo de antena que se use, ya sea para emisión o recepción, depende de la aplicación que se quiera hacer. Por ejemplo, en el caso de una estación de radio o de televisión se requiere que pueda llegar a receptores situados en todas las direcciones con respecto a la antena; además, la señal emitida debe llegar lo más lejos posible. En consecuencia, una antena emisora de una estación debe poder manejar potencias altas y radiarlas en todas direcciones. En contraste, la antena receptora maneja potencias muy pequeñas, ya que está relativamente lejos de la emisión. Además, la antena receptora debe ser muy direccional, pues debe captar la señal de la emisión que viene de una dirección determinada. Por esto, las antenas emisoras tienen formas geométricas diferentes de las antenas receptoras.
Gráfico
1. Una antena de media onda está constituida por dos varillas metálicas conectadas a una fuente de voltaje alterno. Este diagrama muestra E S y B S en un instante arbitrario cuando la corriente está hacia arriba.
  1. 1. Las líneas de campo eléctrico debidas a la separación de las cargas en las porciones superior e inferior de la antena se parecen a un dipolo eléctrico. (Como resultado, a este tipo de antena se le conoce a veces como antena dipolo.) Ya que estas cargas oscilan en forma continua entre las dos varillas, la antena puede representarse aproximadamente por un dipolo eléctrico oscilante.
    2. Las líneas de campo magnético, causadas por la corriente que representa el movimiento de las cargas entre los extremos de la antena, forman círculos concéntricos alrededor de la antena y perpendiculares a las líneas del campo eléctrico en todos sus puntos. El campo magnético es igual a cero en todos los puntos a lo largo del eje de la antena. Además, E S y B S están 90° fuera de fase en el tiempo; por ejemplo, la corriente es cero cuando las cargas en los extremos exteriores de las varillas están al máximo.
    3. En los dos puntos donde se muestra el campo magnético, el vector de Poynting S S se dirige radialmente hacia fuera, esto indica que en ese instante la energía está fluyendo de la antena alejándose. Después la dirección de los campos y el vector de Poynting se invierten, conforme la corriente se alterna. Ya que en los puntos cercanos al dipolo E S y B S están 90° fuera de fase, el flujo de energía neta es igual a cero. De aquí que se concluya (de manera incorrecta) que el dipolo no emite energía.
      1. No obstante, en efecto se emite energía. Debido a que los campos del dipolo disminuyen en función de 1/r3 (como se muestra en el ejemplo 23.6 para el campo eléctrico de un dipolo estático), son despreciables a grandes distancias de la antena. A estas grandes distancias hay algo más que genera un tipo de radiación diferente de la que está cerca de la antena.
    4. La fuente de esta radiación es la inducción continua de un campo eléctrico causado por la variación en el tiempo de un campo magnético y la inducción de un campo magnético por la variación en el tiempo de un campo eléctrico. Los campos eléctrico y magnético producidos de esta manera están en fase entre sí y varían en función de 1/r. El resultado es un flujo de energía hacia fuera en todo momento.
Fórmula
1. Una solución matemática a las ecuaciones de Maxwell para una antena dipolo muestra que la intensidad de la radiación varía en función de
  1. 1. Donde u se mide a partir del eje de la antena.
Las ondas electromagnéticas también pueden inducir corrientes en una antena receptora. La respuesta de un dipolo receptor en una posición conocida es máxima cuando el eje de la antena es paralelo al campo en ese punto, y es igual a cero cuando el eje es perpendicular al campo eléctrico.

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