Usted pregunta: “Es un verdadero misterio para mí por qué esto funcionaría, por pobre que sea, a 2.4GHz”.
Tienes que entender cómo funciona una antena, y esto es algo que se basa en el tiempo, no en el espacio.
Piense en la antena más básica posible, algo así como un dipolo de Hertz. Este consiste en una barra de metal que se alimenta de una corriente alterna en el medio. Durante un ciclo de la corriente alterna, la carga positiva se acumula en un extremo de la barra, la carga negativa en el otro, y se desarrolla un campo eléctrico en el espacio libre entre ellos; piense en la imagen habitual de las líneas de campo eléctrico entre una carga positiva y Una carga negativa.
A medida que avanza el ciclo, suceden dos cosas
– el campo eléctrico que se creó “tira” del espacio-tiempo más lejos, en otras palabras, se mueve hacia afuera
– las cargas en los dos extremos de la barra se hacen más pequeñas, por lo que el campo eléctrico entre ellas se hace más pequeño
Entonces, el efecto neto es que tenemos, cerca de la antena, un campo eléctrico en el espacio entre las dos cargas (que varían en el tiempo), y ese campo eléctrico variable se propaga hacia afuera.
(Sí, sí, los efectos magnéticos también importan aquí: estoy reduciendo el tema a lo básico para que se entienda fácilmente).
Entonces, ¿qué podemos aprender de esto? Cada vez que tenga una situación en la que la carga positiva variable en el tiempo se acumule en una ubicación en el espacio y la carga negativa en otra, se formará un campo eléctrico entre ellas, que luego (en respuesta a la variación en el tiempo) se propagará en el espacio como un onda electromagnética.
Pero esa no es toda la historia. Probablemente tengas una vaga idea de que se supone que las antenas tienen una media longitud de onda (¿o es un cuarto de longitud de onda?) De largo. ¿Sobre qué trata?
La corriente alterna que está descargando esta carga de un lado a otro varía a una frecuencia particular. Esta corriente alterna, cuando alcanza el centro de la antena, propaga una corriente y un voltaje a lo largo de ambos brazos de la antena. Estas señales tardan una cierta cantidad de tiempo en llegar a los extremos de la antena (formando nuestras acumulaciones de carga positiva y negativa) y el reflejo y volver al centro de la antena. Desea que el tiempo que tarda esta corriente y voltaje en llegar al final de la antena y de regreso se sincronice perfectamente para que coincida con la frecuencia de la corriente alterna, de modo que cuando lleguen al medio, la corriente de alimentación haya pasado. otro ciclo y, por lo tanto, no obtiene una corriente reflejada positiva cancelando la corriente de alimentación negativa.
La imagen simple a tener en cuenta aquí es empujar a un niño en un columpio. El swing se mueve hacia adelante y hacia atrás a una frecuencia particular. Si mide el tiempo que empuja contra el columpio con la misma frecuencia, el columpio va más y más alto. Si empuja aleatoriamente contra el columpio ignorando la frecuencia natural del columpio, a veces lo empujará hacia afuera a medida que avanza hacia adentro: experimentará una colisión de huesos contra sus brazos, y el columpio perderá energía y disminuirá la velocidad, No te pongas más rápido.
¿Entonces, qué aprendemos de ésto? Queremos que la antena (el bloque de materia al final de nuestra corriente alterna de alimentación) esté en RESONANCIA con la corriente alterna de alimentación; queremos que la corriente / voltaje se adapte a la frecuencia de la alimentación.
Si su bloque de materia es una sola línea recta de metal, entonces, en * ese caso particular *, existe una relación bastante simple entre la frecuencia de resonancia de esa línea de metal y la longitud de onda de la onda EM que se genera. Pero esta es una forma engañosa de ver las cosas: lo que realmente importa es la FRECUENCIA, no la longitud de onda, la frecuencia de la alimentación debe coincidir con la frecuencia de resonancia del bloque de materia.
Tan pronto como se permita geometrías alternativas, la relación entre la frecuencia resonante del bloque de materia y sus dimensiones no es del todo obvia. Esencialmente, lo que está tratando de hacer en este caso particular (antena USB muy pequeña) es “ralentizar” la frecuencia resonante de su antena: la frecuencia resonante de un cable de metal recto de 1 cm sería sustancialmente mayor que la frecuencia objetivo. Una forma de hacer esto es meandrar el cable, ahora tiene un cable más largo dentro de un área todavía pequeña, y obtiene algunos efectos adicionales de “desaceleración” de la interacción magnética de las diferentes partes paralelas del cable (autoinductancia) .
Un segundo punto es que probablemente no te des cuenta, pero el cable serpenteante es solo la mitad de la antena. La segunda mitad es el plano de tierra (una lámina de cobre) debajo de la antena. El campo eléctrico variable se forma entre la parte serpenteante y la lámina de cobre a continuación.
Entre estos dos puede insertar un dieléctrico (un material no conductor) que afecta el campo eléctrico entre los dos y del mismo modo “lo ralentiza”.
Si quiere ser realmente elegante, recuerde que los objetos extendidos tienen múltiples frecuencias resonantes; para el caso más simple, piense nuevamente en un objeto lineal como un tubo de órgano o una cuerda de guitarra que tiene una frecuencia resonante más baja y luego varios armónicos. Si diseña su bloque de materia tridimensional (su antena) adecuadamente, puede lograr que tenga múltiples frecuencias resonantes en las frecuencias que le interesan, por ejemplo, la banda GSM de 900MHz y la banda PCS de 2100 MHz para un teléfono celular. Ahora su antena única puede manejar dos bandas de frecuencia. No hace falta decir que esto se hace cada vez más difícil a medida que se vuelve más ambicioso. La forma habitual de hacerlo es crear una forma parametrizada (imagine, por ejemplo, una letra F metálica sobre un plano de tierra) y ejecutar un simulador de electromagnetismo que prediga sus frecuencias de resonancia a medida que varía todas las dimensiones parametrizadas de la F, por ejemplo, las longitudes y anchos de los tres trazos rectos, y la separación entre los dos trazos horizontales. Con suerte, en algún lugar de este espacio de parámetros encontrará una combinación que coincida estrechamente con las frecuencias a las que apunta.
Antena plana invertida típica F serpenteada. 
