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Características de la antena

Ancho del haz
Atenuación de
lóbulos laterales
Relación
delante/atrás

Figura 1: Diagrama de radiación de la antena en una representación de coordenadas polares

Diagrama con el punto de referencia en el centro de la imagen y representación angularmente correcta de los valores medidos. La magnitud de un valor medido se representa por su distancia al centro del gráfico. Este es un ejemplo de diagrama de antena de una antena direccional.
Ancho del haz
Atenuación de
lóbulos laterales
Relación
delante/atrás

Figura 1: Diagrama de radiación de la antena en una representación de coordenadas polares

Características de la antena

Ganancia y directividad de la antena

Diseñando la antena de forma especial, es posible concentrar la densidad de radiación en determinadas direcciones espaciales. La ganancia de la antena es una medida de la directividad de una antena sin pérdidas. Está estrechamente relacionado con la directividad de la antena. A diferencia de la directividad, que sólo describe la directividad de la antena, la ganancia de la antena también tiene en cuenta la eficiencia de la misma, es decir, indica la potencia realmente radiada. Suele ser menor que la potencia proporcionada por el transmisor. Sin embargo, como esta potencia puede medirse más fácilmente que la directividad, la ganancia de la antena se utiliza más a menudo que la directividad. Suponiendo que se considera una antena sin pérdidas, la directividad puede establecerse igual a la ganancia de la antena.

Para definir la ganancia de la antena, se utiliza una antena de referencia además de la antena real. Por lo general, un radiador esférico hipotético sin pérdidas (radiador isotrópico), que irradia uniformemente en todas las direcciones, o un simple dipolo, que también puede formar una referencia al menos en el plano considerado, sirve como antena de referencia.

Para la antena real, se determina ahora la densidad de radiación (potencia por unidad de superficie) en un punto a cierta distancia y se compara con el valor que resulta al utilizar la antena isotrópica. La ganancia de la antena es entonces la relación de las dos radiancias.

Por ejemplo, si una antena direccional produce 200 veces la radiación de una antena isotrópica en una dirección espacial determinada, la ganancia de la antena G será de 200 o 23 dB.

Diagrama de radiación de la antena

El diagrama de radiación de antena es una representación gráfica de la distribución espacial de la energía radiada de una antena. Dependiendo de la aplicación, una antena sólo debe recibir desde una determinada dirección, pero no captar señales de otras direcciones (por ejemplo, una antena de televisión, una antena de radar). En cambio, una antena de coche, por ejemplo, debe ser capaz de recibir transmisores desde todas las direcciones posibles.

La característica direccional deseada se consigue mediante la construcción mecánica y eléctrica específica de una antena. Una característica direccional indica lo bien que una antena recibe o transmite en una determinada dirección. Se indica en una representación gráfica (diagrama direccional, diagrama de antena) en función del ángulo acimutal (diagrama horizontal) y del ángulo de elevación (diagrama vertical).

Ancho del haz
Atenuación de
lóbulos laterales
Relación
delante/atrás

Figura 2: El mismo diagrama de antena en una representación con coordenadas cartesianas.

Diagrama cartesiano con ejes en ángulo recto como referencia. Los valores angulares se introducen en el eje X, los valores medidos en el eje Y. Aquí está también el diagrama de la antena de arriba como un ejemplo.
Ancho del haz
Atenuación de
lóbulos laterales
Relación
delante/atrás

Figura 2: El mismo diagrama de antena en una representación con coordenadas cartesianas.

Se utiliza un sistema de coordenadas cartesianas o polares. Los valores medidos en la representación gráfica pueden tener valores lineales o logarítmicos.

Anchura del haz

La anchura del haz es el rango angular del diagrama de la antena en el que se sigue radiando al menos la mitad de la potencia máxima.

Los puntos límite del lóbulo principal son, por tanto, los puntos en los que la intensidad de campo en la sala ha disminuido en 3 dB con respecto a la intensidad de campo máxima. El ángulo Θ se denomina entonces ángulo de apertura o „semiancho“ de la antena. Para simplificar, a menudo se asume en los cálculos que la potencia se distribuye uniformemente dentro del anchura del haz y que no hay más potencia fuera del anchura del haz.

Ángulo sólido de la antena

Un ángulo sólido es una medida de ángulo bidimensional con la designación variable Ω. Su unidad de medida es la unidad auxiliar estereorradián [Sr]. El ángulo sólido de la antena o ángulo sólido equivalente de la antena ΩA es el ángulo sólido a través del cual fluiría la potencia total de la antena si la intensidad de radiación fuera constante para todos los ángulos dentro de este ángulo sólido. Fuera del ángulo sólido de la antena, la intensidad de la radiación sería cero. Es un valor bastante teórico, pero para antenas con una directividad muy fuerte y lóbulos laterales bajos se puede aproximar con él:

ΩA ≈ Θaz·Θel con: Θaz = ángulo de apertura horizontal (en radianes)
Θel = ángulo vertical de apertura (en radianes)
(1)

Existen modelos en los que la proyección del ángulo sólido de la antena sobre la superficie es un perfil rectangular con las longitudes de los bordes de las medias verticales y horizontales (ángulo sólido piramidal), así como modelos en los que se representa de forma circular o elíptica sobre una superficie esférica (ángulo sólido canónico).

Atenuación de lóbulos laterales

Además del lóbulo principal, en el diagrama de radiación de una antena se encuentran varios lóbulos laterales y un lóbulo posterior. Estos fenómenos son indeseables porque influyen negativamente en el efecto direccional y además restan energía al lóbulo principal. La relación entre el lóbulo principal y el lóbulo lateral más grande se denomina atenuación del lóbulo lateral. La amortiguación del lóbulo lateral debe tener un valor lo más alto posible.

Relación delante/atrás

La relación delante/atrás, también llamada amortiguación trasera, es la relación entre la ganancia del lóbulo principal a 0° y la ganancia del lóbulo trasero a 180°. Esta proporción también debe ser lo más grande posible.

Figura 3: El área efectiva de la antena es una sección de una superficie esférica.

El área efectiva de la antena es una sección de una superficie esférica., 
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Figura 3: El área efectiva de la antena es una sección de una superficie esférica.

Área efectiva de la antena (apertura)

Un parámetro importante de las antenas es el llamado área efectiva de la antena (Ae) o „apertura de la antena“. En condiciones de orientación y polarización óptimas, la potencia máxima que puede recibir una antena receptora es proporcional a la densidad de potencia de la onda plana que incide en el lugar de recepción. La densidad de radiación del frente de onda es una potencia por unidad de superficie. El factor de proporcionalidad tiene, por tanto, la dimensión de un área representada por una antena en un campo electromagnético. Esta área se denomina área efectiva de la antena Ae y está estrechamente relacionada con la directividad D de la antena, que también es igual a la ganancia para una antena sin pérdidas:

D = G·η = 4π · Ae ; Ae = Ka·A con: η = eficacia de la antena
λ = longitud de onda
Ae = effektive Antennenfläche
A = geometrische Antennenfläche
Ka = Effektivität der Antennenfläche (Apertureffizienz)
(2)
λ2

Esta ecuación muestra una relación muy importante: la directividad de una antena está determinada por su tamaño geométrico. Cuanto mayor sea la superficie de la antena en relación con la longitud de onda, mayor será su directividad.

También se puede especificar un área efectiva de antena para las antenas lineales. No tiene por qué coincidir con el tamaño geométrico de la antena, lo que es especialmente evidente en las antenas de hilo. La relación de las dos cantidades se denomina eficiencia de apertura de la antena Ka. Para antenas con un gran reflector parabólico, Ka = 0,6 … 1,0. El área efectiva de la antena de un radiador de bocina rectangular con las dimensiones a y b es algo menor que el área geométrica a·b.

El área efectiva de la antena depende de la distribución de la radiación sobre el área geométrica de la antena. Si esta distribución de radiación es lineal, entonces Ka= 1. Sin embargo, esta alta eficiencia de apertura con una distribución de radiación lineal también resulta en lóbulos laterales muy pronunciados. Si los lóbulos laterales deben mantenerse en un tamaño menor para el uso práctico de una antena, entonces la distribución de radiación debe ser no lineal y el área efectiva de la antena es entonces menor que el área geométrica de la antena (Ae< A).

Ancho de banda

El ancho de banda de una antena es el rango de frecuencias en el que la antena tiene las propiedades requeridas:

todavía se logra. Debido a sus propiedades de resonancia, la mayoría de los tipos de antena permiten un ancho de banda bastante estrecho, de entre el 5 y el 10% de su frecuencia central (es decir, un ancho de banda de 100 a 200 MHz a 2 GHz). Para anchos de banda mayores, se utilizan antenas especiales, por ejemplo la antena periódica logarítmica o la antena Vivaldi.