1) EVOLUCIÓN HISTÓRICA.

 

Primeros descubrimientos y avances

La historia de las antenas comenzó a la par que la electricidad con los experimentos de Benjamín Franklin que en 1750 estableció su ley de conservación de la carga estableciendo la existencia de cargas positivas y negativas. Luego en 1819 Christian Oersted observo que un hilo por el que circulaba una carga era capaz de desviar una brújula demostrando que la electricidad y el magnetismo eran dos fenómenos relacionados y estableciendo el concepto de electromagnetismo. En 1831 Michael Faraday demostró que un campo magnético variable podía inducir una corriente eléctrica en un hilo próximo.

 

 

En 1873 James Clerk Maxwell publico su libro “A treatise on Electricity and Magnetism”, la primera teoría unificada electromagnética. James Clerk Maxwell(1831-1879), fue un físico británico que nació en Edimburgo y estudió en las universidades de Edimburgo y Cambridge. Fue profesor de física en la Universidad de Aberdeen desde 1856 hasta 1860. En 1871 fue el profesor más destacado de física experimental en Cambridge, donde supervisó la construcción del Laboratorio Cavendish. Maxwell amplió la investigación de Michael Faraday sobre los campos electromagnéticos, demostrando la relación matemática entre los campos eléctricos y magnéticos. También mostró que la luz está compuesta de ondas electromagnéticas.

Su obra más importante es el Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado sobre electricidad y magnetismo, 1873), en donde, por primera vez, publicó su conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales en las que describe la naturaleza de los campos electromagnéticos en términos de espacio y tiempo. El trabajo de Maxwell preparó el terreno para las investigaciones de Hertz, que realizó experimentos para apoyar sus teorías electromagnéticas.

 

A pesar de esto, tubo que ser un científico de origen alemán, Heinrich Rudolf Hertz, quien logro demostrar las teorías de Maxwell. Herat, nació en Hamburgo el 22 de febrero de 1857 y murió en Bonn el 1 de enero de 1894. Hizo originalmente estudios de ingeniería pero al final prosiguió con la física. Tuvo relación con dos grandes científicos: Herman Helmholtz, de quien fue gran amigo y Gustav Kirchoff. Colaboró para la Universidad de Kiel en 1883 y por entonces comenzó a estudiar las ecuaciones de Maxwell respecto a la teoría electromagnética. En 1885 lo nombraron catedrático de física en la Escuela Superior Técnica de Karlsruhe y más tarde, en 1889 se ocupó de la cátedra de Clausius en Bonn. Por 1883, la Academia de Ciencias de Berlín hizo una convocatoria orientada a que se presentaran estudios sobre el campo magnético; a instancias de Helmholtz, Hertz comenzó a hacer algunos experimentos al respecto. Construyó un circuito eléctrico que, de acuerdo a las ecuaciones de Maxwell podía producir ondas magnéticas. Cada oscilación produciría únicamente una onda, por lo que la radiación generada constaría de una longitud de onda grande. Para establecer la presencia de la mencionada radiación, Hertz fabricó un dispositivo conformado de dos espiras entre las cuales existía un pequeño espacio de aire; Hertz se dio cuenta de que al pasar corriente por la primera espira, se originaba corriente en la segunda. La explicación que dio a este fenómeno fue que la transmisión de ondas electromagnéticas se generaba a través del espacio existente entre las dos espiras. Por medio de un detector, Hertz determinó la longitud de onda que era de 66 centímetros o 2.2 pies.

 

En 1894 y a la edad de 20 años, un joven inventor llamado Guglielmo Marconi empezó a desarrollar una idea que tres años mas tarde vería la luz; la radio. Marconi nació en Bolonia, Italia, el 25 de abril de 1874. Su madre era irlandesa y desde niño viajó con ella a Inglaterra, país en el que terminaría pasando la mayor parte de su vida. Trazó amistad con Nello Marchetti, un antiguo telegrafista, ahora ciego, para quien el joven leía. Marchetti puso a Marconi en contacto con el código Morse y el sistema de pulsación eléctrica. Poco después Marconi tomó contacto con la obra de Heinrich Hertz, que había fallecido poco antes, y que proponía que había ondas eléctricas que se propagaban por el espacio de un lugar a otro: las ondas hertzianas u ondas de la radio. Entonces, Marconi, intento hacer sonar un timbre, si no había errores en su hipótesis, al apretar el pulsador de telegrafista se enviaría una corriente a la bobina, que pasaría por el hilo y por el espacio entre las bolas metálicas, con una gran chispa

oscilatoria, las vibraciones resultantes debían propagarse por todo el espacio. Y algunas debían alcanzar al cohesor, situado a unos metros de distancia. La pila se encendería y haría sonar el timbre. Marconi apretó el pulsador telegráfico y al instante sonó el timbre.

 

En 1987, se edifica en la isla de Wight la primera estación de radio inalámbrica que hizo contacto con un vapor a 18 millas de distancia y en 1902, se inaugura en Glace Bay (Nueva Escocia) la primera estación de radio trasatlántica.

 

En 1906 Marconi midió el primer diagrama de radiación de una antena de hilo paralela al suelo. Dicha antena es la precursora de las actuales antenas de onda progresiva, rómbicas y V.

 

La invención del tríodo, en 1907 por Lee De Forest, permitió el desarrollo de amplificadores de radiofrecuencia, osciladores, moduladores y la mejora de los receptores al combinar las válvulas con los circuitos resonantes.

 

Entre 1910 y 1919, se empiezan a construir grandes antenas de baja frecuencia y elevada potencia como la antena de Radio Virginia que tenia una potencia de 100kW y una frecuencia de unos 137kHz o la antena construida por Marconi en New Jersey, consistente en un monopolo de 150 m de alto, con una carga capacitiva de 1200 metros de diámetro.

 

En 1916 Marconi realizó una serie de experimentos con señales de 2 y 3 m de longitud de onda, utilizando reflectores parabólicos cilíndricos, construidos con hilos verticales. Los resultados de la experiencia aconsejaron la utilización de frecuencias de HF e impulsaron el descubrimiento de los enlaces troposféricos en 1932.

 

En esa época ya se tenia en cuenta el potencial de la radiotransmisión como apoyo a los barcos y medio de comunicación y debido al desarrollo del tríodo, empezarían a proliferar los experimentos de radiodifusión.

 

En 1921 La T.S.F. inicia en Paris los primeros ensayos de programas de radio para el público, utilizando la Torre Eiffel como antena

 

Inicios de la radiodifusión.

 

En 1920 comenzaron las emisiones regulares de radio en una estación de la KDKA, mientras en Europa la BBC emitió su primer programa no experimental en noviembre de 1922. En España, la primera emisora fue Radio Barcelona, inaugurada en el 24 de Octubre de 1924. En 1925 ya existían unos 600 emisores de ondas medias. Aunque las primeras antenas de radiodifusión eran muy similares a las utilizadas para las comunicaciones punto a punto, pronto evolucionaron hacia el radiador de media onda, que ofrecía la ventaja de la cobertura omnidireccional.

 

En 1922 Tay1or y Young, del Naval Research Laboratory (NRL), detectaron objetos en movimiento, midiendo las interferencias producidas en un sistema de radio de onda continua, a la longitud de onda de 5 m con el transmisor y receptor separados, presagiando los sistemas de radar.

En 1923 Beverage construyó la antena bautizada con su nombre, de onda progresiva, consistente en un hilo paralelo a una tierra imperfecta con una carga terminal, para un sistema de comunicaciones entre Long Island y Escocia.

 

En 1929 Franklin desarrolló un radiofaro en Escocia. Se empezó a utilizar el sistema de búsqueda de dirección (DF) de Adcok consistente en cuatro monopolos. Estos monopolos eran muy usados debido a su sencillez y su bajo coste, además tiene alguna ventaja técnica como su independencia del plano de radiales, su altura que siendo de ¼ de la longitud de onda, compensa la falta de ganancia con una gran resistencia a la radiación, a pesar de esto, debido al cambio de frecuencia se quedo eléctricamente corta.

 

En 1928 Diamond y Dunmore desarrollaron el primer sistema de aterrizaje instrumental ILS. En 1922 Tay1or y Young, del Naval Research Laboratory (NRL), detectaron objetos en movimiento, midiendo las interferencias producidas en un sistema de radio de onda continua, a la longitud de onda de 5 m con el transmisor y receptor separados, presagiando los sistemas de radar .Propusieron continuar los trabajos, pero su plan no fue aceptado.

 

En 1925, Breit y Tuve midieron la altura de la ionosfera, utilizando para ello un radar pulsado.

 

En 1926 Uda realizó las agrupaciones de un solo elemento activo, con elementos parásitos. Dichas antenas denominadas "Yagi", fueron dadas a conocer por el japonés así llamado, en un artículo publicado en inglés en el año 1928.

 

En los primeros decenios del siglo XX las frecuencias de trabajo, en las bandas de LF, MF y HF, hacían que las antenas tuvieran unas dimensiones mucho menores o comparables ala longitud de onda. En dichas bandas los circuitos se pueden considerar como de elementos concentrados. Las bandas de microondas no están claramente definidas, pero se entiende que empiezan a partir de UHF, hasta banda x. En dichas bandas las antenas son mucho mayores que la longitud de onda, y los circuitos son de elementos distribuidos, aunque en UHF pueden coexistir técnicas híbridas.

 

En el año 1931 se estableció un enlace entre Francia y Gran Bretaña utilizando antenas reflectoras a 1760 MHz.

 

En 1925 John Logie Baird presentó un sistema de exploración mecánica de las imágenes. Las primeras transmisiones experimentales de TV electrónica se realizaron durante los Juegos Olímpicos de Berlín en 1936. También comenzaron las emisiones regulares de la BBC. Se utilizaba la frecuencia de 45 MHz. La antena transmisora era una agrupación circular de dipolos.

En el año 1930 se detectó, por primera vez un avión en vuelo, de una forma accidental. L. A. Hyland del Naval Research Laboratory comprobó, mientras probaba un sistema DF (direction finding), que al pasar un avión por las cercanías, se producía un incremento en la señal recibida. En 1932 ya se había perfeccionado el sistema, y se podían detectar aviones a una distancia de 80 kilómetros del transmisor. Se acababa de inventar el radar.

 

Las interferencias que se producían en las comunicaciones de LF, especialmente en el verano, hicieron que los laboratorios de la Bell encargaran a Karl G. Jansky, en 1930, un estudio para que determinara dichas direcciones, a fin de diseñar las antenas con nulos en ellas. Jansky construyó una antena tipo cortina de Bruce 8 elementos con reflector, funcionando en la banda de 14 metros, rotatoria. Con dicha antena comprobó que el ruido estaba originado en las tormentas, pero descubrió además una fuente de ruido que estaba siempre presente, y que tenía una periodicidad de 24 horas. Tras meses de observación Jansky determinó que provenía de la tierra y del sol y además que había un ruido que provenía de la galaxia, con un máximo en el centro. Jansky había descubierto la Radioastronomía.

 

El avance más importante de la década fue la invención de la ranura resonante. En 1939 A. D. Blumlein patentó un cilindro ranurado excitado por una espira, o bien mediante la conexión directa de una línea bifilar a los extremos de la ranura. La polarización era perpendicular a la dimensión mayor de la ranura. Se propuso una agrupación lineal de ranuras. Se descubrieron los efectos de la carga inductiva serie y capacitiva paralelo.

 

Segunda guerra mundial.

 

La segunda guerra mundial supuso un esfuerzo considerable en el desarrollo de todas las tecnologías asociadas a las comunicaciones y a los sistemas de radar. Durante esta época se utilizaron las guías de onda abiertas para alimentar reflectores o lentes, y las bocinas como radiadores poco directivos. También se desarrollaron las bocinas con dos modos para controlar la distribución de campos en la apertura.

 

 

Durante la guerra se desarrolló toda la tecnología de guías de onda. Los trabajos de investigación fueron recopilados posteriormente por el "Radiation Laboratory", del M.I.T., bajo la supervisión del "National Defense Research Committee".

 

En 1940 fue descubierto el magnetrón en Gran Bretaña, por Boot y Randall. Dicho descubrimiento permitió el desarrollo del radar en ondas centimétricas.

 

En el año 1941 se desarrollaron lentes de placas metálicas paralelas para corregir el error de fase de las bocinas. También se estudiaron las lentes dieléctricas.