Diretividade e ganho de antenas
Figura 1: Comparação da área iluminada pela antena direcional com uma superfície esférica,
(Nota: o raio da esfera deve ser igual à distância do retângulo em relação ao ponto central).
Figura 1: Comparação da área iluminada pela antena direcional com uma superfície esférica,
(Nota: o raio da esfera deve ser igual à distância do retângulo em relação ao ponto central).
Diretividade e ganho de antenas
O ganho de antena G descreve a diretividade D e a eficiência η de uma antena como uma quantidade fácil de manusear.
Diretividade de uma antena
A diretividade de uma antena é a proporção da densidade de potência S (potência irradiada por unidade de área) da antena real em sua direção principal para um radiador isotrópico esférico hipotético, mas real inexistente, que irradiaria igualmente em todas as direções. A densidade de potência do radiador isotrópico é, portanto, a potência irradiada distribuída uniformemente em uma superfície esférica. Cada antena real tem uma diretividade mais ou menos pronunciada. A diretividade é definida pela relação entre a densidade de potência da antena real em sua direção principal e a densidade de potência do radiador isotrópico esférico:
| D = | S |
S = densidade de potência da antena real Si = densidade de potência da antena isotrópica omnidirecional |
(1) | |
| Si |
Uma antena direcional concentra sua potência irradiada apenas em uma pequena parte da superfície da esfera. Esta proporção de área também pode ser colocada em uma proporção para a superfície esférica total. Esta área é calculada com a ajuda do radiano [rad] das duas meias-largura. (Este radiano contém o raio do círculo da unidade e é reduzido pelo raio da superfície da esfera). A altura e a largura desta área efetiva são definidas como múltiplos do comprimento de onda utilizado.
| D = | Aesfera | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aef |
Aesfera = superfície total de uma esfera Aef = b·h = área efetiva na superfície da esfera θAz = meia-largura em azimute, em [rad]. θEl = meia-largura em ângulo de elevação, em [rad]. b = largura da superfície h = altura da superfície |
(2) | |
| Aef | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Há aqui uma imprecisão, no entanto, porque a área Aef = b·h está em um plano e não em uma superfície esférica curva. Esta imprecisão é menor quanto menor for a área b·h em relação à superfície esférica, ou seja, quanto melhor a diretividade da antena. Para ângulos de abertura de até 20°, esta imprecisão pode ser ignorada.
Ganho de antena
A diretividade é uma parte essencial de um ganho de antena. Para um ganho real da antena, os ganhos e perdas devem ser compensados. Para cada antena, a potência irradiada de uma antena é proporcional à potência de transmissão injetada, que pode ser medida com bastante facilidade na linha de alimentação da antena. Entretanto, uma parte dessa potência de transmissão é perdida dentro da antena em suas resistências óhmicas. Essas perdas são definidas como a eficiência de uma antena. Se houvesse uma antena ideal sem essas perdas, o ganho da antena seria igual à sua diretividade.
O ganho da antena é menor do que a diretividade pelo fator de eficiência:
| G = η· D | (3) |
Este fator de eficiência η também pode ser chamado de Ka, o fator específico da antena. Isto dá a seguinte equação para o ganho da antena:
| G = | 4π · Aef · Ka | (4) |
| λ2 |
Um ganho de antena nem sempre tem que ser maior que 1. Existem também antenas com um ganho de antena inferior a 1. A maioria delas são antenas de medição onde é importante realizar um ganho de antena uniformemente grande sobre uma faixa de freqüência muito grande para poder comparar os resultados de medição de diferentes faixas de freqüência entre si.