Shure Tips: Antena Direccional

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HA-8089 y su Polarización


La imagen de la derecha parece ser aún muy poco familiar para muchas personas, no se trata de algún invento raro hecho por algún hechicero (Persona que se dedica a  hacer cosas hechizas, como los altavoces hechizos, fue un pequeño chiste) ni tampoco debería ser un producto poco conocido por nosotros. Se trata de una antena direccional de reciente incorporación al catálogo de Shure y que por sus condiciones de diseño tiene ventajas sin igual en el mercado y sobre todo en aplicaciones en sistemas de microfonía inalámbrica y sistemas PSM, todos en la banda de UHF. Primeramente su forma física, muy rara a lo que estamos acostumbrados, tiene una relación estrecha con su funcionamiento. Pero para poder explicar esta forma primeramente tenemos que conocer y entender un término conocido como polarización, esto nos hará saber de manera sencilla el porque esta antena tiene la forma que tiene.

 

Primeramente hablemos de la onda electromagnética. La onda electromagnética es la que se utiliza para realizar las trasmisiones de señal en el mundo de las comunicaciones y por ende en la microfonía inalámbrica y sistemas de PSM. Esta onda tiene muchas características que son importantes conocer ya que tiene relación directa con aplicaciones reales y que nos hacen entender muchos de los problemas comunes. Las características generales de la onda electromagnética son:

  1. Velocidad igual a la de la luz
  2. No requieren de un medio (Viaja en el vacío como en el espacio)
  3. Se definen por frecuencia y amplitud (En el caso de los sistemas de RF la frecuencia es la de transmisión y la amplitud su potencia)
  4. Tienen una componente eléctrica y otra magnética (Clave importante para entender la polarización)
  5. Pueden ser reflejadas por objetos metálicos mayores o iguales a su longitud de onda (por eso en algunos lugares cerrados se corta la señal más fácil que en lugares abiertos, sobre todo en la banda de UHF):
    1. No necesariamente sólidos
    2. Objetos menores pueden causar difracción

 

FIGURA #1

 

 

FIGURA #2

 

 

 

 

La gráfica #1 representa a la famosa onda electromagnética y se puede apreciar que posee dos componentes, una el campo magnético y otro el campo eléctrico, ambos perpendiculares entre ellos o con una diferencia angular de 90º. 

 

Resulta que cuando nosotros mandamos una señal de transmisión, que en nuestro caso es audio, podemos hacerlo ya sea en el campo eléctrico (onda con desplazamiento horizontal de esencia) o por el campo magnético (onda con desplazamiento vertical de esencia). Si por ejemplo mandamos nuestra señal utilizando el campo eléctrico se dice que su polarización es horizontal o que la polarización de transmisión es horizontal y por lo tanto para poder recibir la totalidad de esa transmisión la antena del receptor tendría que estar completamente en posición horizontal, así podremos recibir toda la amplitud de dicha onda, siempre y cuando dicha antena tenga la longitud de onda correspondiente a la señal transmitida que para el caso de los sistemas UHF son pequeñas, como las antenas que conocemos.

 

 

 

La figura #2 muestra la colocación correcta de las antenas de un receptor si la polarización del sistema fuera horizontal, cabe mencionar que este ejemplo es solo didáctico, no es la realidad en los sistemas.

Los sistemas inalámbricos de Shure transmiten de manera esencial con polarización vertical o la polarización de transmisión es vertical. Debido a lo anterior podemos también decir que los sistemas inalámbricos de Shure utilizan el campo magnético como onda de transmisión de la señal de audio. La figura #3 muestra de manera didáctica un ejemplo de cómo se radiaría la onda magnética del micrófono. Es importante tener en cuenta que esta radiación es tridimensional y omnidireccional. Debido a lo anterior la mejor forma de recibir la señal transmitida sería poniendo las antenas del receptor de manera totalmente vertical, lo que es totalmente cierto, pero entonces ¿Porqué se recomienda poner las antenas a aproximadamente 45º?

 

FIGURA #3

 

Para responder la pregunta anterior debemos entender que debido a la polarización fundamental de la transmisión que es vertical, la mejor forma de poner las antenas sería verticalmente, como ya lo mencionamos, pero esto seria lo ideal siempre y cuando el micrófono estuviera SIEMPRE recto, es decir, totalmente parado como en la figura #3. Como todos sabemos esto es muy poco probable ya que los artistas y usuarios normalmente usan el micrófono con movimientos muy diversos que hacen que el micrófono genere lo que conocemos como Rotacionales de polarización. La onda no se mantiene en polarización vertical todo el tiempo, a menos que se mantenga fijo en un pedestal, y por lo tanto 45º es la media entre una polarización horizontal y vertical y por ello representa la mejor forma de poder recibir la señal. La figura #4 muestra ejemplos en donde se general rotacionales de polarización. 

 

FIGURA #4

 

La figura #5 muestra un receptor de sistema inalámbrico y la relación angular de la antena en donde se logra apreciar la “media” entre la polarización vertical y horizontal.

 

FIGURA#5

 

Debido a todo lo explicado anteriormente podemos imaginarnos que cada vez que un cantante, guitarrista, actor, etcétera realizan su actuación generen muchos rotacionales de polarización en la radiación de la señal generada en sus transmisores. Pasa lo mismo en los transmisores de PSM pero obviamente estos están fijos y dichos rotacionales de transmisión son casi nulos, dichos rotacionales generan problemas pero en la recepción de la señal en los receptores de PSM; Generándose el mismo fenómeno mencionado con anterioridad pero de manera inversa.

Ahora que hemos entendido lo anterior podemos descifrar la razón de la forma tan rara que tiene la antena HA-8089. Esta antena funciona ya sea transmitiendo señales de RF    (Sistemas PSM) o recibiéndolas (Sistemas de microfonía inalámbricos). Su polarización se conoce como helicoidal, circular o de 360º y el resultado de esta forma espiral de la antena es debido a que transmite o recibe señales de RF de manera estable y muy segura “emulando” los rotacionales que se general en el uso de dichos sistemas. Esta antena prácticamente pude recibir o transmitir cualquier señal de RF NO IMPORTANDO si la señal presenta muchos rotacionales de polarización. Adicionalmente esta antena tiene una apertura de recepción o radiación de aproximadamente 50º, lo que la hace poder concentrar la radiación al área exacta de aplicación u orientarse a la recepción de señales en la misma área. La apertura es lo que en microfonía se conoce como el patrón polar de captación, solo que en RF. La apertura es el patrón de cobertura de radiación o recepción de la antena y pueden generarse múltiples patrones, dependiendo de la antena y el diseño. Esta antena es sumamente direccional lo que la hace excelente para eliminar interferencias además de evitar cortes de señal por la polarización helicoidal que tiene y que platicamos en ese documento. Las figuras #6 y #7  muestran un ejemplo de transmisión y recepción de la antena HA-8089 y el patrón polar de la antena (que comentamos es la apertura) respectivamente.     

 

 

FIGURA #6 FIGURA #7

 

 

Finalmente la figura #8 muestra las dimensiones físicas de esta antena.

 

 

 

Fue una explicación larga pero contundente en cuanto a la forma de transmisión y recepción de la onda de RF en uso de sistemas inalámbricos y como vimos la forma física de la antena HA-8089 no es solamente por estética, sino por diseño. Ah y si quiere alguien le puedo dar la versión del documento pero para marcianos, o sea, con ecuaciones.   


Cualquier duda coméntenmela

Ing. Alejandro Peralta Almaguer
Grupos Especial de Aplicaciones (GEA)
Representaciones de Audio S.A. de C.V.
aperalta@repdeaudio.com.mx

 

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