Hablemos de antenas: su historia y evolución

Imagínese que usted decide crear un programa, pero no existe el espectro radioeléctrico. Para que los interesados puedan escuchar su audio, tendrían que conectar cables a la salida de su mixer o de su computador.

Bueno, si el oyente es alguien que vive dentro de su casa, no habría tanto problema. De hecho, hasta podría tirar un cable desde su casa hasta la del vecino…

Pero imagínese tratar de llevar la señal a otras personas que no vivan con usted o que no estén en su vecindario. Imagínese a un oyente en su carro que, para poder escuchar su transmisión, necesita tener un rollo de cable pegado a la consola de su estudio y que se va desenrollando a medida que avanza en su vehículo.

Ahora imagínese a todos los conductores con sus cables pegados a diferentes consolas, recorriendo las calles, enredando completamente sus cables en una maraña interminable…

Obvio que ese es un ejemplo tonto, pero real a la vez.

Pensando en eso se creó la comunicación inalámbrica, y parte del éxito de ella se debe a las antenas, y por eso he querido hablar un poco de su historia e importancia, algo que hoy en día pasa inadvertido, pues casi ni las vemos, pero que en el pasado se veían por todos lados.

¿O es que no recuerda el radio de su papá, al que había que sacarle la antena desplegable porque la señal no entraba bien? ¿O el del carro, que también era telescópico? De hecho, recuerdo que había taxistas que ponían largas antenas en sus vehículos. Iban desde el frente hasta la cola del taxi y hasta le ponían adornos como pájaros, luces y flores…

¿Qué son las antenas y para qué sirven? 

Ya más en serio, ¿cómo llega la señal de radio a su carro? La respuesta es la antena, pero ¿qué es exactamente y cómo lo hace?

Una antena es un dispositivo que convierte señales eléctricas en ondas de radio para transmitirlas y, a la inversa, capta ondas de radio para convertirlas en señales eléctricas que nuestros dispositivos pueden procesar. Es como el traductor entre el mundo eléctrico de nuestros dispositivos y el mundo invisible de las ondas que viajan por el aire.

Sirven para todo tipo de comunicación inalámbrica: desde la radio AM/FM que usted escucha en el carro, hasta el Wi-Fi de su casa, las señales de su smartphone y las grandes antenas parabólicas que se comunican con satélites en el espacio.

Por ejemplo, la próxima vez que vea una antena en el techo de una casa, piensa que es como un pescador lanzando su caña para captar señales de TV, trayendo programas a su pantalla.

Las antenas son esenciales en nuestra vida diaria, conectándonos con amigos, entretenimiento y hasta información crítica, como las señales de GPS que nos guían en un viaje. Sin ellas, estaríamos limitados a cables, como si volviéramos a la era de los teléfonos con cordón.

¿Cómo funcionan las antenas?

Para entender cómo funcionan, primero hay que decir que hay antenas de transmisión y de recepción, que obviamente son diferentes.

Ahora, imaginemos las ondas de radio como ondas en un lago. Si usted lanza una piedra, las ondas se expanden en círculos. De manera similar, una antena de transmisión toma una corriente eléctrica que oscila rápidamente (como un vaivén en un columpio) y la convierte en ondas de radio que viajan por el aire.

Estas ondas son electromagnéticas, con un campo eléctrico y un campo magnético que bailan juntos, moviéndose a la velocidad de la luz, unos 300 millones de metros por segundo.

Para la recepción, cuando una onda de radio pasa cerca de la antena, induce una pequeña corriente eléctrica en ella, como si el viento moviera una hélice. Esa corriente se amplifica y procesa para que usted pueda escuchar la radio o ver un video en streaming.

Un tipo básico es la antena dipolo, que parece dos varillas metálicas conectadas a un transmisor o receptor.

En transmisión, la corriente fluye de un lado a otro, creando un patrón de ondas que se propagan, como si uno estuviera agitando una cuerda para hacer olas. Para la recepción, las ondas inducen una diferencia de potencial entre las varillas, generando una corriente que el dispositivo lee.

La longitud de la antena suele estar relacionada con la longitud de onda de la frecuencia que maneja; por ejemplo, una antena dipolo para ondas de radio AM puede ser de varios metros, mientras que para Wi-Fi, es mucho más pequeña, del orden de centímetros, porque las frecuencias son más altas. Esto es como ajustar el tamaño de una antena para «sintonizar» la emisora correcta, como girar el dial de un radio viejo.

La evolución de las antenas

La historia de las antenas comienza en 1887, cuando Heinrich Hertz, un científico alemán, construyó la primera antena para probar la existencia de ondas electromagnéticas, como había predicho el teórico James Clerk Maxwell.

Hertz usó una antena dipolo simple, conectada a un circuito que producía chispas, y demostró que podía transmitir y recibir ondas de radio en su laboratorio, un momento que marcó el inicio de la comunicación inalámbrica.

Luego, en 1901, Guglielmo Marconi, un ingeniero italiano, hizo historia enviando la primera señal transoceánica desde Inglaterra a Terranova, Canadá, usando una antena grande y compleja. Esta hazaña mostró que las ondas de radio podían cruzar océanos, abriendo la puerta a la comunicación global.

A medida que la radio se popularizó, especialmente en los años 20 del siglo pasado, surgieron nuevos diseños. Shintaro Uda y Hidetsugu Yagi, de Japón, inventaron la antena Yagi-Uda, que es muy eficiente para la recepción de televisión y radio, con varios elementos que enfocan la señal en una dirección, como un reflector que concentra la luz de una linterna.

La famosa y popular “antena Yagi” de la que hablan nuestros técnicos de radio sigue usándose hoy en día para frecuencias VHF y UHF.

Con el auge de la televisión y, más tarde, las comunicaciones móviles, las antenas se volvieron más pequeñas y versátiles.

En los años 50 y 60, cuando la televisión empezaba a ser común en los hogares, las antenas eran grandes estructuras de metal, como esas que se ven en fotos antiguas de casas con antenas en forma de H o Yagi-Uda en los techos. Estaban ahí arriba, bien altas, porque las señales de las torres de transmisión no eran tan fuertes, y había que captarlas desde lejos, especialmente en áreas rurales.

El problema era que, a veces, la imagen se veía borrosa, con interferencias o incluso en blanco y negro con rayas. Ahí comenzaba la aventura: alguien de la familia, usualmente el más valiente (o el que perdía en el sorteo), tenía que subir al techo para ajustar la antena. Mientras tanto, otro desde abajo, con la cabeza asomada por la ventana, gritaba: «¡Gira un poco a la izquierda!», «¡Sube más el brazo de la antena!», «¡No, no, ahora se ve peor!».

Y cuando por fin le gritaban «¡Ya, ya, se ve mejor!», al bajar, la imagen volvía a ponerse mal. Era un ritual, una mezcla de tecnología y aventura, pero definitivamente no era cómodo. A veces, hasta los niños participaban, moviendo la antena desde abajo mientras alguien más ajustaba desde arriba.

En esa época, tener una antena grande en el techo era casi un símbolo de estatus, y ajustarla manualmente era parte de la experiencia de ver televisión. Hoy, con señales digitales y antenas internas, parece increíble, pero en ese entonces, era lo normal.

Pero esto no solo pasaba con la televisión. Saltemos a los años 80 y 90, cuando los celulares eran una novedad y solo los más afortunados (o ricos) los tenían. Esos primeros modelos, como el Motorola DynaTAC de 1983, eran enormes, como si uno llevara un ladrillo en el bolsillo.

Pesaban casi un kilo y medían como 25 cm de largo. Pero lo más llamativo eran sus antenas: largas, rígidas, como palos que sobresalían, a veces de 10 cm o más. Parecían más bien antenas de walkie-talkies o de radios antiguas, no de un teléfono.

Usar uno era todo un espectáculo: tenías que sacar la antena para hacer o recibir una llamada, y a veces, si no la extendías bien, la señal se perdía.

Imagínese estar en una reunión y sacar ese teléfono con su antena larga, como si uno fuera un agente secreto. Además, eran tan aparatosas que a veces se enganchaban en la ropa o molestaban al guardarlo. Era incómodo, pero en esa época, tener un celular así era un símbolo de estatus, aunque pesara como una botella de agua.

Esas antenas externas eran necesarias porque la tecnología de entonces no permitía integrarlas dentro del dispositivo, y necesitaban captar señales en áreas donde las torres celulares eran pocas y la cobertura era limitada.

Con el tiempo, gracias a avances como las antenas internas y la miniaturización, ahora nuestros smartphones son delgados y ligeros, con antenas escondidas que ni siquiera vemos, pero que funcionan para Wi-Fi, 4G, 5G y más.

Es increíble pensar que esas aventuras en el techo o esos celulares con antenas largas eran parte de la vida cotidiana, y ahora, con antenas MIMO y tecnologías como 5G, estamos en un mundo donde la conexión es más rápida y eficiente que nunca.

En la era digital, las antenas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) se desarrollaron para sistemas como 4G y 5G, usando múltiples antenas para mejorar la velocidad y reducir interferencias, ideal para entornos urbanos densos. Esto es como tener varios pescadores lanzando redes al mismo tiempo para atrapar más peces, o señales, en este caso.

Tipos de antenas y sus usos: Una tabla para entenderlas 

Para organizar mejor, aquí presento una tabla con algunos tipos comunes de antenas, sus características y ejemplos de uso:

 

Tipo de Antena	Características	Época de Uso	Ejemplo de Uso
Dipolo	Básica, dos varillas, omnidireccional	Desde 1887, Hertz	Radios AM, comunicación básica
Yagi-Uda	Direccional, varios elementos, alta ganancia	Años 1920, TV y radio	Recepción de TV, radio VHF/UHF
Parabólica	Forma de plato, concentra señal en un punto	Años 1950-60, espacio	Satélites, radar, comunicación larga
Antena Externa Celular	Larga, rígida, externa al dispositivo	Años 1980-90, primeros celulares	Llamadas móviles, cobertura limitada
MIMO (Multiple-Input)	Múltiples antenas, mejora velocidad y fiabilidad	Actual, 4G y 5G	Redes celulares modernas, Wi-Fi

 

Cada tipo tiene su propósito, como elegir la herramienta correcta para un trabajo: una antena parabólica es perfecta para captar señales de satélites, mientras que una MIMO es ideal para un smartphone en una ciudad llena de señales.

Diferencias entre antenas de transmisión de radio AM y FM

Las antenas de transmisión para radio AM y FM, así como las usadas en enlaces, tienen características distintas basadas en su propósito y frecuencia de operación.

• Frecuencia y tamaño: La radio AM opera entre 535 y 1605 kHz, con longitudes de onda de aproximadamente 560 a 183 metros. Esto requiere antenas grandes; por ejemplo, una antena monopolo de un cuarto de longitud de onda para 535 kHz sería de unos 140 metros. Las transmisoras de AM suelen ser torres verticales para cubrir áreas grandes mediante propagación por onda terrestre. En contraste, la radio FM opera entre 88 y 108 MHz, con longitudes de onda de 2.7 a 3.4 metros, permitiendo antenas más pequeñas, como arreglos de dipolos de unos 1.5 metros para 100 MHz, montados en torres para cobertura de línea de vista.
• Polarización: AM usa polarización vertical, ideal para propagación por onda terrestre, mientras que FM usa polarización horizontal para reducir interferencias por reflexiones del suelo, mejorando la calidad de la señal.
• Diseño: Las antenas de AM son típicamente monopolos o torres, mientras que las de FM son arreglos de dipolos u otros diseños para controlar el patrón de radiación y cubrir áreas específicas.

Es fácil distinguir una antena de AM de una de FM.

Como dije arriba, una antena transmisora de AM consiste en una torre vertical, generalmente muy alta, y sostenida por los llamados ‘vientos’, unos cables que se amarran a diferentes alturas para anclar la torre al suelo, manteniéndola en equilibrio y evitando que caiga hacia algún lado.

En este caso, la torre no solo actúa como soporte, sino que funciona como antena por sí misma. La torre proporciona la estabilidad y la altura necesarias para que la antena funcione de manera eficiente.

Esto significa que la estructura metálica de la torre está eléctricamente «viva» y participa directamente en la radiación de las ondas de radio. En estos casos, la torre se protege mediante aisladores cerámicos de gran tamaño, generalmente en la base, para evitar que la energía de la señal se disipe en el suelo.

La altura de la torre es un factor crítico, ya que debe ser una fracción significativa de la longitud de onda de la señal de AM para una transmisión eficiente.

Aunque la torre esté aislada, un sistema de “tierra” es esencial. Este sistema suele consistir en una red de cables enterrados que se extienden radialmente desde la base de la torre. Su función es proporcionar un plano de tierra efectivo para la antena.

A esos cables enterrados en el suelo se les conoce como ‘radiales’. Por ser alambres de cobre, son muy apetecidos por los ladrones, que muchas veces entran a los terrenos donde se ubican estas antenas y cortan y se llevan esos largos cables enterrados, dejando a las emisoras prácticamente fuera del aire.

Para optimizar el rendimiento de la antena, se pueden instalar elementos de sintonización a lo largo de la torre o en su base. Estos dispositivos permiten ajustar la impedancia de la antena para que coincida con la del transmisor.

La señal de radiofrecuencia del transmisor se lleva a la antena a través de cables de alimentación de alta potencia. Estos cables están diseñados para minimizar las pérdidas de energía.

Por su parte, en las emisoras de FM, la torre no es la antena -como sucede en AM- sino que sirve como soporte para instalar conjuntos de elementos metálicos diseñados específicamente para las frecuencias de FM.

Estos elementos, como dipolos o antenas yagi, son los que realmente emiten y reciben las señales de FM. Es lo que en el argot de la radio muchos llaman ‘los cachos’ de la antena.

¿Por qué ya no se ven antenas?

Las antenas son más necesarias que nunca. La evidencia sugiere que todos los dispositivos inalámbricos, desde teléfonos móviles hasta los routers Wi-Fi, dependen de ellas.

Aunque no siempre las vemos, están presentes, integradas en los dispositivos modernos. Por ejemplo, un smartphone puede tener varias antenas pequeñas para manejar Wi-Fi, Bluetooth y señales celulares simultáneamente, algo que no era posible hace décadas.

Las antenas son la base de las redes 5G, con diseños avanzados como arreglos de fase y beamforming para mayor velocidad y eficiencia. Esto muestra su relevancia en la era digital, donde la demanda de conectividad es alta.

Sin embargo, cada vez es menos habitual ver antenas, aunque se sigan usando. La razón principal es que los avances tecnológicos han hecho las antenas más pequeñas, eficientes y fáciles de integrar.

En el pasado, las antenas eran grandes estructuras visibles, como las antenas de techo para TV o las torres de radio. Hoy, muchas se esconden dentro de los dispositivos o se montan de manera discreta.

Por ejemplo, en los carros, las antenas pueden estar incrustadas en los vidrios o en forma de «aleta de tiburón» en el techo, integrando funciones como GPS y radio digital. En edificios, las antenas Wi-Fi son pequeñas y se colocan dentro de los routers, no como estructuras externas.

Las innovaciones han reducido el peso y el tamaño, permitiendo integrar antenas más complejas en el mismo espacio, como en torres celulares con múltiples bandas.

Otro factor es el desarrollo de tecnologías como las antenas de microstrip, impresas en placas de circuito, usadas extensivamente en dispositivos móviles. Estas son invisibles para el usuario promedio, contribuyendo a su menor visibilidad.

El futuro de las antenas

El futuro de las antenas está lleno de posibilidades, y las tendencias actuales sugieren que serán más pequeñas, eficientes y versátiles.

Una gran área de desarrollo es la miniaturización, con antenas integradas directamente en chips, lo que permite dispositivos más compactos, como smartphones y wearables. Esto es como pasar de una antena grande en el techo a una tan pequeña que cabe en el reloj inteligente.

Otra tendencia es el uso de frecuencias más altas, como las ondas milimétricas (mmWave) y terahercio (THz), que permiten mayor velocidad y ancho de banda, cruciales para 5G y el Internet de las Cosas (IoT).

Imagine su casa llena de dispositivos conectados, desde la nevera hasta sensores de salud, todos comunicándose gracias a antenas diminutas.

Las antenas inteligentes, o «smart antennas», también están en auge. Pueden ajustar su patrón de radiación para mejorar la señal y reducir interferencias, especialmente en áreas urbanas densas, como si tuvieran un cerebro para elegir la mejor dirección para enviar o recibir señales.

Además, se espera que se usen en nuevas áreas como vehículos autónomos, dispositivos médicos y hasta en ropa conectada, como camisetas con sensores que monitorean la frecuencia cardíaca del usuario.

Un detalle inesperado es que las antenas podrían integrarse en la piel humana en el futuro, usando materiales flexibles, para aplicaciones biomédicas, como monitorear signos vitales en tiempo real sin dispositivos visibles.

Esto abre un mundo de posibilidades, pero también plantea preguntas sobre privacidad y seguridad, algo que los ingenieros están estudiando.

Conclusión

Las antenas son mucho más que simples varillas de metal; son la clave que nos permite comunicarnos sin cables, explorar el espacio y disfrutar de la radio y la televisión.

Desde sus humildes comienzos con Hertz y Marconi hasta las sofisticadas tecnologías de hoy en día, han recorrido un largo camino, y su futuro promete aún más avances fascinantes.