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Cómo caculate la eficiencia de la antena y la ganancia de la antena

Date:2014/1/22 18:25:03 Hits:
Aquí, vamos a introducir dos parámetros fundamentales de la antena: eficiencia de la antena y ganancia de la antena.
 

Eficiencia de la antena

La eficiencia de una antena relaciona la potencia entregada a la antena y la potencia radiada o disipada dentro de la antena. Una antena de alta eficiencia tiene la mayor parte de la potencia presente en la entrada de la antena irradiada. Una antena de baja eficiencia tiene la mayor parte de la energía absorbida como pérdidas dentro de la antena o reflejada debido a una falta de coincidencia de impedancia.
 

[Nota al margen: La impedancia de la antena se analiza en una sección posterior. La discordancia de impedancia es simplemente potencia reflejada por una antena porque su impedancia no es el valor correcto; por lo tanto, "impedancia desajustada". ]
 

Las pérdidas asociadas dentro de una antena son típicamente las pérdidas de conducción (debido a la conductividad finita de la antena) y las pérdidas dieléctricas (debido a la conducción dentro de un dieléctrico que puede estar presente dentro de una antena).

 

La eficiencia de la antena (o eficiencia de radiación) se puede escribir como la relación entre la potencia radiada y la potencia de entrada de la antena:

    [Equation1]

 

La eficiencia es, en última instancia, una relación, que da un número entre 0 y 1. La eficiencia se cita muy a menudo en términos de un porcentaje; por ejemplo, una eficiencia de 0.5 es lo mismo que 50%. La eficiencia de la antena también se expresa con frecuencia en decibeles (dB); una eficiencia de 0.1 es 10% o (-10 dB), y una eficiencia de 0.5 o 50% es -3 dB.

 

La ecuación [1] a veces se denomina eficiencia de radiación de la antena. Esto lo distingue de otro término utilizado a veces, llamado "eficiencia total" de una antena. La eficiencia total de una antena es la eficiencia de radiación multiplicada por la pérdida por desajuste de impedancia de la antena, cuando se conecta a una línea de transmisión o receptor (radio o transmisor). Esto se puede resumir en la Ecuación [2], donde eficiencia de la antena es total mismatchloss eficiencia, la impedancia de la antena, es la pérdida de la antena debido a la impedancia desajuste,  y la eficiencia total del isthe eficiencia de radiación de la antena.

 

  [Equation2]

 

Como  siempre es un número entre 0 y 1, la eficiencia total de la antena es siempre menor que la eficiencia de radiación de la antena. Dicho de otra manera, la eficiencia de la radiación es la misma que la eficiencia total de la antena si no hubiera pérdida debido a una falta de coincidencia de impedancia.

 

La eficiencia es uno de los parámetros de antena más importantes. Puede estar muy cerca del 100% (o 0 dB) para platos, hornantennas o dipolos de media longitud de onda sin materiales con pérdida a su alrededor.Las antenas de teléfonos móviles o antenas wifi en productos de electrónica de consumo, generalmente tienen eficiencias de 20% -70 % (-7 a -1.5 dB). Las pérdidas se deben a menudo a la electrónica y los materiales que rodean las antenas; Estos tienden a absorber parte de la potencia radiada (convirtiendo la energía en calor), lo que reduce la eficiencia de la antena. Las antenas de radio de coche pueden tener una eficiencia de antena total de -20 dB (1% de eficiencia) en las frecuencias de radio AM; Esto se debe a que las antenas son mucho más pequeñas que media longitud de onda en la frecuencia operativa, lo que reduce considerablemente la eficiencia de la antena. El enlace de radio se mantiene porque la torre de transmisión AM utiliza una potencia de transmisión muy alta.

 

La mejora de la pérdida por desajuste de impedancia se discute en los gráficos de Smith y en la sección de adaptación de impedancia. El emparejamiento de impedancia puede mejorar en gran medida la eficiencia de una antena.

 

Ganancia de la antena

El término ganancia de antena describe cuánta potencia se transmite en la dirección del pico de radiación a la de una fuente isotrópica. La ganancia de la antena se cita más comúnmente en la hoja de especificaciones de una antena real porque tiene en cuenta las pérdidas reales que ocurren.

 

Una antena con una ganancia de 3 dB significa que la potencia recibida lejos de la antena será 3 dB más alta (el doble) que la que se recibiría de una antena isotrópica sin pérdidas con la misma potencia de entrada.

 

La ganancia de la antena a veces se describe como una función del ángulo, pero cuando se cita un solo número, la ganancia es la "ganancia máxima" en todas las direcciones. La ganancia de antena (G) se puede relacionar con la directividad (D) mediante:

 

       [Equation3]

 

La ganancia de una antena real puede ser tan alta como 40-50 dB para antenas parabólicas muy grandes (aunque esto es raro). La directividad puede ser tan baja como 1.76 dB para una antena real (ejemplo: antena dipolo corto), pero teóricamente nunca puede ser inferior a 0 dB. Sin embargo, la ganancia máxima de una antena puede ser arbitrariamente baja debido a pérdidas o baja eficiencia. Las antenas eléctricamente pequeñas (pequeñas en relación con la longitud de onda de la frecuencia a la que opera la antena) pueden ser muy ineficientes, con ganancias de antena inferiores a -10 dB (incluso sin teniendo en cuenta la pérdida por desajuste de impedancia).


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