Què és una antena ròmbica?
Una antena ròmbica és una antena de fil direccional formada per quatre elements conductors disposats en una estructura en forma de diamant. Es pot veure com dues antenes en V connectades extrem a extrem, amb un vèrtex agut utilitzat com a punt d'alimentació i el vèrtex oposat normalment connectat a una resistència de terminació.
A diferència d'un dipol ressonant, una antena ròmbica correctament acabada funciona principalment com una antena d'ona viatgera. El corrent de radiofreqüència viatja des del punt d'alimentació al llarg de les quatre seccions de cable cap a la càrrega terminal. Els camps electromagnètics produïts per aquestes seccions es combinen per crear un feix concentrat al llarg de l'eix major del rombe.
Les antenes ròmbiques es van fer conegudes per a la comunicació de llarga distància en alta freqüència perquè poden proporcionar una àmplia cobertura de freqüència, un guany directe útil i unes característiques direccionals relativament estables. Tanmateix, la seva gran mida física les fa més adequades per a instal·lacions fixes que per a plataformes de comunicació compactes.
Estructura bàsica
Una antena ròmbica convencional consta de quatre cables de la mateixa longitud suspesos per sobre del terra. Junts, aquests cables formen un rombe horitzontal amb dos angles aguts i dos angles obtusos.
L'antena s'alimenta per un extrem, mentre que l'extrem oposat està connectat a una resistència de terminació no inductiva. Aquesta resistència es selecciona per aproximar la impedància característica de l'estructura de l'antena i absorbir l'energia d'ona viatgera restant.
Els principals paràmetres de disseny inclouen:
- Longitud de cada secció de cable
- Angle agut o vèrtex del rombe
- Alçada d'instal·lació sobre el terra
- Impedància del punt d'alimentació
- Resistència final
- Diàmetre del conductor
- Rang de freqüències objectiu i camí de propagació
L'angle òptim no és un valor fix universal. Depèn de la longitud elèctrica de cada costat i de l'elevació desitjada i la direcció d'azimut del feix principal.
Figura 1. Configuració bàsica d'una antena ròmbica horitzontal terminada.
Com funciona una antena ròmbica?
Cada costat del rombe es comporta com un radiador de fil llarg. A mesura que el corrent es propaga al llarg dels conductors, cada secció de fil produeix una component de radiació direccional.
Quan les dimensions i els angles de l'antena es seleccionen correctament, els camps radiats pels quatre costats es reforcen mútuament en la direcció frontal. En altres direccions, alguns components del camp es cancel·len parcialment. El resultat combinat és un feix principal relativament estret al llarg de la diagonal llarga del rombe.
La resistència de terminació juga un paper important. En absorbir l'energia que arriba a l'extrem més llunyà, redueix la reflexió del corrent i evita que es formi una ona estacionària forta als conductors. Això ajuda l'antena a mantenir unes característiques d'impedància i radiació més estables en un rang de freqüències relativament ampli.
El compromís és l'eficiència. Part de la potència del transmissor es converteix en calor a la resistència de terminació en lloc de ser radiada. Per tant, el disseny de l'antena requereix un equilibri entre directivitat, amplada de banda, estabilitat d'impedància i eficiència de radiació.
Rang de freqüència i mida elèctrica
Les antenes ròmbiques tradicionals de mida completa estan més estretament associades a la comunicació d'alta freqüència (HF). A aquestes freqüències, els costats de l'antena solen tenir diverses longituds d'ona, cosa que permet que l'estructura produeixi un guany direccional significatiu.
Una antena ròmbica no es defineix per un rang de freqüències fix. Les seves dimensions teòricament es poden escalar per a diferents freqüències, però l'estructura esdevé extremadament gran a freqüències més baixes i requereix toleràncies mecàniques més estrictes a freqüències més altes.
També es poden utilitzar estructures compactes ròmbiques i de bucle ròmbic a freqüències VHF, UHF o microones. Tanmateix, aquests dissenys escalats poden tenir característiques d'alimentació, polarització i radiació diferents de les d'una antena ròmbica HF terminada tradicional.
Figura 2. Exemple d'una estructura d'antena ròmbica compacta per a la recepció d'alta freqüència.
Antenes ròmbiques terminades i no terminades
Una antena ròmbica terminada normalment produeix un patró de radiació unidireccional. La major part de la radiació útil es dirigeix des del punt d'alimentació cap a l'extrem terminal.
Si es retira la resistència de terminació, el corrent es reflecteix des de l'extrem obert. L'antena desenvolupa llavors un component d'ona estacionària més fort i pot produir un patró bidireccional, amb la radiació principal en dues direccions oposades.
La configuració no terminada pot evitar pèrdues de potència en una resistència de terminació, però la seva impedància d'entrada i el patró de radiació generalment varien més significativament amb la freqüència. També pot mostrar una relació front-back més deficient i un comportament de banda ampla menys predictible.
Patró de radiació i polarització
El patró de radiació d'una antena ròmbica terminada es caracteritza per un lòbul principal frontal i múltiples lòbuls laterals. La direcció exacta del feix i l'amplada del feix depenen de la longitud del costat, l'angle del rombe, l'alçada d'instal·lació, la freqüència de funcionament i les condicions del terreny.
Augmentar la longitud elèctrica pot millorar la directivitat, però també pot produir lòbuls laterals addicionals. Aquests lòbuls no desitjats poden irradiar energia cap a direccions no desitjades i reduir l'avantatge pràctic del feix principal.
Una antena ròmbica instal·lada horitzontalment està polaritzada principalment horitzontalment en la direcció principal de radiació. Tanmateix, el patró tridimensional complet també pot contenir components de polarització vertical, particularment als lòbuls laterals i en direccions allunyades de l'eix principal.
Figura 3. Patró de radiació unidireccional il·lustratiu d'una antena ròmbica terminada.
Alimentació i ajust d'impedància
L'antena ròmbica normalment és una estructura balancejada amb una impedància d'entrada relativament alta. Sovint s'alimenta mitjançant una línia de transmissió balancejada o a través d'un transformador d'impedància i un balun adequats.
Quan s'utilitza cable coaxial, la transició entre la línia d'alimentació desequilibrada i l'antena balancejada s'ha de dissenyar amb cura. Una adaptació inadequada pot augmentar la potència reflectida, introduir corrent de mode comú i distorsionar el patró de radiació previst.
Els enginyers haurien d'avaluar:
- Impedància d'entrada
- Pèrdua de retorn i VSWR
- Resistència final
- Guany endavant
- Relació frontal-posterior
- Direcció del feix
- Nivell dels lòbuls laterals
- Polarització
- Capacitat de maneig de potència
Per a sistemes de transmissió d'alta potència, la resistència de terminació ha de ser capaç de dissipar una potència de RF substancial de manera segura.
Avantatges
Els principals avantatges d'una antena ròmbica inclouen:
- Amplada de banda operativa relativament àmplia
- Guany direccional útil
- Impedància estable quan està correctament acabada
- Construcció senzilla a base de filferro
- Apte per a enllaços HF de llarga distància
- Capaç de gestionar una alta potència de transmissor amb els components adequats
- Es poden disposar múltiples antenes ròmbiques per a una cobertura més àmplia o per canviar entre direccions
Limitacions
Les seves principals limitacions inclouen:
- Requereix una gran àrea d'instal·lació
- Necessita diverses estructures de suport altes
- Part de la potència de RF es perd a la resistència de terminació
- Pot produir lòbuls laterals significatius
- El rendiment es veu afectat per l'alçada i les condicions del terreny
- El manteniment mecànic pot ser exigent
- No és adequat per a la majoria de plataformes compactes o mòbils
Aplicacions típiques
Les antenes ròmbiques s'han utilitzat històricament per a:
- Comunicació HF de llarga distància
- Enllaços de ràdio punt a punt fixos
- Estacions receptores d'ona curta
- Comunicació ionosfèrica i d'ones celestes
- Xarxes de comunicació internacionals
- Monitorització de ràdio i intel·ligència de senyals
- Recerca sobre antenes de fil llarg i d'ona viatgera
Tot i que els sistemes de comunicació moderns sovint utilitzen antenes logperiòdiques, matrius de banda ampla, antenes reflectores i sistemes d'antenes controlades electrònicament, l'antena ròmbica continua sent un exemple important en la teoria d'antenes.
Demostra clarament com la longitud del conductor, el corrent d'ona viatgera, l'angle geomètric i la superposició del camp es poden utilitzar per controlar la directivitat i l'amplada de banda de l'antena.
RF MISO ofereix solucions d'antenes i components de microones per a proves de RF, comunicacions, radar, mesurament d'antenes i integració de sistemes. Comprendre les estructures clàssiques d'antenes, com ara l'antena ròmbica, ajuda els enginyers a avaluar paràmetres importants, com ara el rang de freqüència, el guany, la polarització, l'amplada del feix, la ROE (VSWR), el nivell del lòbul lateral i l'eficiència de la radiació.
Per a més informació sobre les antenes, visiteu:
Data de publicació: 24 de juliol de 2026
