Ganancia de la antena: directividad, eficiencia y su conversión

Las antenas se utilizan en la comunicación moderna para transmitir y recibir datos a través de un canal alámbrico o inalámbrico. O, dicho de otro modo, pueden definirse como la transmisión y recepción de ondas de radio en todas las direcciones horizontales o en una dirección concreta. Estas antenas actúan como interfaz entre las señales eléctricas y las señales de radio. En este caso, las señales eléctricas se transmiten a través de conductores metálicos y las señales de radio se propagan en el espacio libre. Heinrich Hertz fue el primero en desarrollar una antena en 1886. Creó una antena dipolo y transmitió y recibió señales con señales eléctricas. Más tarde, en 1901, Marconi fue el científico que envió información a través del Atlántico. Los parámetros de la antena son muy importantes. Los parámetros son la directividad (D), la ganancia de la antena (G), la resolución, los patrones, el área del haz de la antena, la eficiencia del haz de la antena (η). En este artículo, hablaremos de la información completa sobre la ganancia de la antena.

¿Qué es la ganancia de la antena?

Podemos definir la ganancia de la antena como la combinación de la eficiencia y la directividad de la antena, que depende de estos parámetros. Por tanto, estos dos elementos pueden considerarse la ganancia de una antena. Antes de hablar de la ganancia de la antena, tenemos que saber qué es la directividad de la antena.

Directividad de la antena

Puede definirse como la relación entre la intensidad de radiación máxima de una antena de prueba y la intensidad de radiación de una antena isotrópica o de referencia que irradia la misma potencia total. La directividad se puede denotar por D.

La directividad de una antena indica su capacidad de irradiar energía en una o varias direcciones concretas. El diagrama de radiación de una antena determina su valor de directividad.

Así, la directividad D = intensidad de radiación máxima de una antena de prueba/intensidad de radiación de una antena isotrópica. En este caso, la antena isotrópica es una antena ideal que irradia su potencia por igual o uniformemente en todas las direcciones del espacio. La antena isotrópica no es un objeto físico y sólo puede considerarse una antena de referencia.

De otro modo, la directividad de la antena puede definirse como la relación entre la intensidad de radiación máxima de la antena de prueba y la intensidad de radiación media de la misma.

Directividad de la antena D = intensidad de radiación máxima de la antena de prueba / intensidad de radiación media de la antena de prueba.

D = Ф (θ, Ф)max/ Фavg
D = Ф (θ, Ф)max/(Wr/4 π)
D= 4 π Ф (θ, Ф)max/Wr

Por tanto, D= 4 π(intensidad máxima de la radiación)/potencia total de la radiación.

Eficiencia de la antena

Este es un parámetro importante de una antena. La eficiencia de una antena se define como la relación entre la potencia radiada en todas las direcciones y la potencia total de entrada suministrada a sus terminales. Debido a la pérdida de resistencia de la antena, la entrada total aplicada no se irradia en la dirección deseada. La eficiencia de la antena se indica con 'η'. La eficacia de la antena también puede conocerse en forma de porcentaje cuando se multiplica por 100. Normalmente, el factor de eficiencia de la antena está entre 0 y 1.

Eficiencia de la antena η =Potencia radiada por una antena/entrada total

η = Pr/(Pr+Pi) [Pr=radiated power Pi=ohmic losses in the antenna]

Medición de la ganancia de la antena

La ganancia se calcula en la figura de mérito. En este caso, la ganancia se denomina G o ganancia de potencia Gp. Con la ganancia, podemos calcular el diagrama de radiación de la antena. "La ganancia de la antena se define como la relación entre la intensidad máxima de radiación de una antena sometida en una dirección determinada y la intensidad máxima de radiación de una antena isótropa" cuando se aplica la misma cantidad de potencia a ambas antenas.

cuando la directividad se convierte en decibelios, podemos definirla como ganancia de antena.

Ganancia G = Intensidad máxima de radiación de la antena objeto (Фs) / Intensidad máxima de radiación de la antena isótropa (Фi)

La ganancia de una antena G = Eficiencia de la antena * Direccionalidad de la antena D

Unidades de ganancia - dB (decibelios), dBi (decibelios relativos a una antena isotrópica), dBd (decibelios relativos a una antena dipolo)

El valor de la ganancia indica lo bien que la antena es capaz de convertir la potencia entrante en ondas de radio en una dirección determinada y lo bien que convierte las ondas de radio en forma eléctrica en el receptor. A veces se habla de la ganancia en función del ángulo. En este caso, hay que tener en cuenta el diagrama de radiación.

Fórmula de la ganancia de la antena

Gracias al valor de la ganancia, podemos saber cuánto aumenta la señal de entrada de la antena.

Ayuda en la fase de recepción a saber cuánta potencia se necesita para reproducir la misma señal transmitida por el canal.

Ganancia de una antena objeto o de prueba Gt = Gi + 10log10 (Pt/Pi)

Donde

Gt = Ganancia de la antena probada
Gi = Ganancia de una antena isotrópica
Pt = Potencia radiada por la antena de prueba
Pi = Potencia radiada por la antena isotrópica

Conversión de la ganancia de la antena

La ganancia de la antena se expresa en decibelios (dB) porque si la ganancia se expresara en unidades normales, como en términos de vatios, al calcular la potencia recibida el resultado sería muy pequeño, es decir, a veces de forma exponencial. Es difícil considerar siempre estos valores, por lo que la ganancia puede expresarse en términos de decibelios (dB). 5 dB significa 5 veces la energía en comparación con una antena isotrópica en la dirección de la radiación máxima.

Las unidades lineales se convierten en decibelios siguiendo esta ecuación.

Pdb = 10 log10p

Otra unidad de medida de la ganancia de la antena es el dBm. Significa decibelios en relación con un milivatio.

1W = 1000mw = 0dB = 30dBm

dBi es otra unidad para medir la ganancia de una antena y su ganancia en decibelios en comparación con una antena isotrópica. dBi significa el doble de potencia en comparación con una antena isotrópica en la dirección de la radiación máxima.

Así que la ganancia puede expresarse en unidades de decibelios o milivatios de decibelios o de antena isotrópica. Normalmente sólo se expresa en decibelios (dB).

¿Cómo aumentar la ganancia de la antena?

La ganancia de una antena indica su capacidad de irradiar señales al canal en cualquier dirección. Si la ganancia es mayor, la antena puede transmitir más potencia al receptor en una dirección concreta y atenúa todas las señales procedentes de otras direcciones. Si la antena irradia señales por igual en todas las direcciones, esto significa que sólo puede realizarse mediante una antena esférica, llamada antena isotrópica, que no existe en la realidad.

Una mayor ganancia siempre es una ventaja para el circuito, pero sólo depende de los requisitos. Los siguientes métodos son útiles para aumentar la ganancia de una antena.

Son

• El área efectiva de la antena.
• Reflectores parabólicos
• Matrices de elementos
• Matrices de reflectores
• Eficiencia de la antena
• Direccionalidad.

El antena es muy útil en el campo de la comunicación para radiar y recibir ondas de radio a través de una forma eléctrica en el canal. Hay diferentes tipos de antena. Cada tipo de antena tiene una estructura diferente. Dependiendo de las necesidades, se utilizan y la ganancia de la antena puede ser baja o alta, es decir, sólo depende de las necesidades. Si la ganancia es mayor, entonces es capaz de irradiar señales en una determinada dirección del espacio. Si la ganancia es baja, la cobertura es más amplia. Si nos fijamos en los sistemas de comunicación cotidianos, podemos aprender más sobre la importancia de la antena y el valor de la ganancia de la misma.