¿Conoces la eficiencia de la antena?

Una antena es un componente eléctrico que se necesita para transmitir y recibir electromagnética. energía del espacio que lo rodea para establecer una conexión inalámbrica entre dos o más dispositivos. La variedad de dispositivos que utilizan comunicación inalámbrica es enorme, por ejemplo teléfonos móviles, estaciones base y conexiones de red inalámbrica de área local (WLAN). Porque Debido a la gran variedad de dispositivos que utilizan antenas, se necesitan y están disponibles múltiples tipos de antenas. El rendimiento de la antena, en general, se caracteriza por algunos términos básicos, como antena eficiencia y ganancia. En este artículo, estas características básicas de la antena y sus definiciones son introducido.

Las antenas tienen muchos atributos diferentes y el tipo de antena que se necesita depende de muchos características Uno de los atributos principales es la frecuencia o frecuencias operativas. Algunos las antenas de máquina a máquina (M2M) podrían funcionar en una sola banda ISM mientras que el móvil moderno los teléfonos o los dongles portátiles pueden tener casi diez bandas operativas que deben implementarse en un dispositivo La selección de frecuencia de operación para ciertas antenas en parte determina la material que puede usarse para producir la antena. Los materiales incluyen flex, cerámica, placa de acero,FR-4, o algún material de alambre.

El tipo de elemento de antena es otro atributo importante. Para implementar varias frecuencias bandas en un elemento de antena, comúnmente se usan antenas planas de F invertida (PIFA), pero los monopolos con elementos parásitos también son bien conocidos. Estas estructuras de antena básicas, juntas con antenas F invertidas (IFA) tradicionales, también se puede usar en antenas de cerámica. Con más nuevo tecnologías inalámbricas, la selección de frecuencias operativas se amplía y se asigna frecuencia las bandas se están reduciendo, lo que crea una demanda de más área de antena y volumen en el dispositivo en un momento en que los consumidores quieren cosas más pequeñas, especialmente con dispositivos portátiles y de mano. Es la antena que se lleva la peor parte de la carga por la restricción de tamaño. Por lo tanto, el tamaño físico tiene adquirido mayor importancia en el diseño de la antena.

Otros atributos implican el rendimiento de la antena, que se evalúa en términos de resonancia. ancho de banda La antena, naturalmente, necesita cubrir todos los rangos de frecuencia previstos con un nivel suficientemente bajo adaptación de impedancia del puerto de alimentación de antena y rendimiento de radiación suficientemente alto. A pesar de que El ancho de banda de resonancia se puede verificar inicialmente con un analizador de red (adaptación de impedancia), un Se realiza una evaluación más significativa en una cámara anecoica utilizando un dispositivo pasivo o activo para Obtenga una medición precisa de la eficiencia de la antena.

Las mediciones de antenas pasivas se ejecutan para dispositivos pasivos durante el proceso de I + D para proporcionar Algunas pautas para el progreso del desarrollo de la antena. Es informacion muy util durante el proceso de I + D de antenas porque guía a los diseñadores hacia una solución de antena final.Un dispositivo pasivo puede ser una especie de modelo de maqueta y no es necesario que esté operativo ya que la idea en esto es comparar diferentes soluciones de antenas entre sí. El dispositivo final Sin embargo, la evaluación del rendimiento debe realizarse con un dispositivo activo totalmente funcional. Esta revela si hay alguna interferencia causada por el dispositivo en el funcionamiento de la antena. Ninguna Los problemas naturalmente deben ser eliminados. En mediciones activas se mide el total irradiado. potencia (TRP) y sensibilidad isotrópica total (TIS) del dispositivo. Estas figuras combinan el rendimiento de la antena con la capacidad de radio del dispositivo. El valor TRP indica el nivel de potencia que la radio del dispositivo puede entregar a través de la antena al espacio circundante. TIS indica la capacidad de la radio para detectar señales entrantes con un bajo nivel de potencia. Estos dos importantes los parámetros están especificados por los operadores móviles y sus requisitos deben cumplirse antes al dispositivo diseñado que se trae al mercado. Al asegurarse de que la antena funcione con suficiente eficiencia en toda la banda operativa o bandas con un dispositivo activo, asegura que la antena y la radio completa del dispositivo sean de buena calidad.  

Algunas métricas de evaluación de antena adicionales, como el valor de la relación de onda estacionaria (SWR), el aislamiento entre los elementos de antena y la adaptación de impedancia de antena a la línea de alimentación, son características que se verifican con un analizador de red. En algunos casos ganancia (directividad) y polarización de antena Son atributos importantes. Las métricas para estos se pueden determinar en una cámara anecoica.Para dispositivos de radio múltiple, el aislamiento entre elementos de antena juega un papel muy importante, ya que El aislamiento entre antenas debe mantenerse lo más alto posible. En las aplicaciones modernas de 4G que podría incluir múltiples antenas que funcionan en los mismos rangos de frecuencia (MIMO), el La correlación entre los elementos de la antena debe ser minimizada. La correlación de antena puede ser calculado utilizando los datos recopilados de las mediciones de eficiencia de la antena. Con dispositivos móviles que tienen un operador humano, se determina una tasa de absorción específica (SAR) para medir la tasa a la cual la energía es absorbida por el cuerpo del usuario cuando se expone a un campo electromagnético. SAR
las mediciones son realizadas por laboratorios de prueba autorizados equipados con dispositivos especiales y conocimiento para estas medidas altamente controladas. 


Eficiencia radiada

La eficiencia radiada es una medida de la potencia radiada a través de la antena como un electroimán onda a la potencia alimentada a los terminales de la antena. Si se pudiera hacer que una antena sea totalmente componente eléctrico ideal, transformaría toda la energía alimentada a sus terminales en un radiante energía electromagnética que se propaga al espacio circundante. Esto es posible solo en teoría y, por lo tanto, en la vida real, parte de la energía alimentada a los terminales de la antena siempre se pierde. por Por ejemplo, la falta de coincidencia entre el elemento de antena y la red de alimentación provoca energía pérdidas. Además, el material de antena real pierde energía solo por su naturaleza y crea involuntariamente calor. En conjunto, estas pérdidas conducen a situaciones en las que la antena irradia eficiencia en la realidad la operación siempre está por debajo de 100% (es igual a 0 dB). La eficiencia de la antena se mide en un cámara anecoica alimentando algo de energía a las almohadillas de alimentación de la antena y midiendo la fuerza del campo electromagnético irradiado en el espacio circundante. Una buena antena, en general, irradia 50 - 60% de la energía que se le suministra (-3 a -2.2dB).

La eficiencia de la antena es una medida útil e informativa de la "eficiencia económica" de la antena. Con un vistazo rápido, la capacidad de la antena para usar la energía alimentada a los terminales de conexión puede ser evaluado y la cantidad de energía requerida del módulo de radio se puede determinar en para lograr un cierto nivel de rendimiento. La eficiencia de la antena no considera la radiación. dirección y, por lo tanto, es una medida de rendimiento útil para medir la eficiencia de los dispositivos móviles dispositivos, que tienen un patrón de radiación omnidireccional. En dispositivos móviles, no específico Se enfatiza la dirección de la radiación. Por otro lado, si se supone que la antena irradia en una dirección específica (es decir, la antena está diseñada para tener algunas características directivas en su patrón de radiación), entonces la ganancia de antena es una mejor métrica de rendimiento.

Es posible que una antena tenga buena eficiencia, pero en alguna dirección o direcciones específicas el patrón de radiación tiene un valor nulo y, por lo tanto, no se registra radiación en esa dirección específica. 

Ganancia

La ganancia es una medida de antena que combina la eficiencia de la antena y su directividad en una sola. figura. La directividad significa que la antena irradia con mayor eficiencia a un particular dirección en su espacio circundante que a los demás. La ganancia absoluta de la antena se define como la relación de la intensidad de radiación en una dirección dada a la intensidad de radiación que se obtendría si la potencia aceptada por la antena se irradiaba de manera uniforme en todas las direcciones del espacio circundante (es decir, isotrópicamente). Si no se indica una dirección específica, se usa la dirección de radiación máxima para determinar la ganancia. La directividad por sí sola está bastante cerca de esto, pero en realidad describe solo el propiedades direccionales de la antena y, por lo tanto, solo se controla mediante el patrón. El termino "Ganancia de antena" es en realidad un poco engañoso, porque una antena es un componente pasivo que hace
No tiene ninguna característica amplificadora.

El patrón de radiación de la antena a veces se dirige deliberadamente a alguna dirección específica. Estas Las llamadas antenas direccionales se usan comúnmente en estaciones base, pero también en otras aplicaciones como GPS donde algunas características direccionales son deseables. Desde el GPS los satélites están en el cielo, la antena debe tener la mayor eficiencia de radiación hacia el hemisferio superior La ganancia se mide en una cámara anecoica alimentando un poco de energía al antena y luego medir la fuerza del campo electromagnético irradiado en diferentes ángulos del espacio circundante. A partir de estos datos se determina la dirección de radiación máxima. 

Usar la ganancia como una medida de rendimiento, incluso para antenas direccionales, tiene algunas desventajas. Para la mayoría de los terminales móviles, su orientación con respecto a la estación base más cercana es coincidente. La señal se dispersa y refleja varias veces básicamente desde cualquier objeto en su camino. desde la estación base hasta la terminal móvil. Desde el punto de vista de la antena, esto significa que el la señal que llega al receptor puede llegar prácticamente desde cualquier dirección del espacio circundante y no se puede determinar de antemano una dirección óptima para recibir la señal. Así en móviles antenas, el diagrama de radiación de la antena debe diseñarse lo más omnidireccional posible, haciéndolo igualmente efectivo en todas las direcciones. El hecho es que una antena con un gran valor de ganancia en alguna dirección específica puede no recibir muy bien las señales que llegan desde otras direcciones. 

Resumen

La ganancia es la forma más frecuente de medir la eficiencia de una antena y, por lo tanto, la Rendimiento de una antena. Sin embargo, la ganancia no mide la eficiencia general de una antena. Solo determina la eficiencia de la salida radiada en una dirección a la vez. No dice nada sobre el nivel de eficiencia que la antena está logrando en todas las otras direcciones que rodean el antena. Eso está bien si es una aplicación donde toda o la mayor parte de la salida de la antena necesita para ser dirigido a una ubicación específica y la ubicación de la antena transmisora ​​se fija con respecto a las antenas receptoras. Si, por otro lado, como en muchas otras aplicaciones inalámbricas incluyendo el uso de teléfonos móviles, la señal emitida por la antena debe ser igual fuerte en más de una dirección, entonces la ganancia es una mala medida de rendimiento. A pesar de que el rendimiento puede ser bueno cuando la señal se dirige hacia la dirección del máximo rendimiento, podría ser débil, inexistente y / o degradado en otras áreas. Incluso si la señal es igual
fuerte en todas las direcciones, la ganancia no proporciona una medida para determinar eso.

Debido a que cada vez hay más aplicaciones que requieren una señal no dirigida, las empresas están utilizando la eficiencia radiada como el método de prueba preferido. Con eficiencia radiada, uno puede determine cuál es la eficiencia y el rendimiento para todas las áreas que rodean la antena. Esta el conocimiento le permite al ingeniero evaluar si la antena cumplirá con los parámetros de rendimiento o si es necesario diseñar una antena que ofrezca el máximo rendimiento de la antena de manera uniforme o hacia múltiples direcciones, en lugar de solo en una dirección. La antena debe tener un patrón de radiación tan omnidireccional como sea posible debido a la probabilidad de ángulo de llegada de la señal Se distribuye uniformemente por todo el espacio. 

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