Directividad y ganancia de la antena
Figura 1: Comparación del área iluminada por la antena direccional con una superficie esférica,
(Nota: el radio de la esfera debe ser igual a la distancia del rectángulo al punto central).
Figura 1: Comparación del área iluminada por la antena direccional con una superficie esférica,
(Nota: el radio de la esfera debe ser igual a la distancia del rectángulo al punto central).
Directividad y ganancia de la antena
La ganancia de la antena G describe la directividad D y la eficiencia η de una antena como una cantidad fácil de manejar.
Directividad de una antena
La directividad de una antena es la relación entre la densidad de potencia S (potencia radiada por unidad de superficie) de la antena real en su dirección principal y un hipotético, pero real radiador isotrópico no existente, que irradiaría por igual en todas las direcciones. La densidad de potencia del radiador isotrópico es, por tanto, la potencia radiada distribuida uniformemente en una superficie esférica. Toda antena real tiene una directividad más o menos pronunciada. La directividad se define por la relación entre la densidad de potencia de la antena real en su dirección principal y la densidad de potencia del radiador isotrópico:
| D = | S |
S = densidad de potencia de la antena real Si = densidad de potencia de la antena omnidireccional isotrópica |
(1) | |
| Si |
Una antena direccional concentra su potencia radiada sólo en una pequeña parte de la superficie de la esfera. Esta proporción de área también puede ponerse en relación con la superficie esférica total. Esta área se calcula con la ayuda del radián [rad] de los dos semianes. (Este radián contiene el radio del círculo unitario y se le resta el radio de la superficie de la esfera). La altura y la anchura de esta zona efectiva se definen como múltiplos de la longitud de onda utilizada.
| D = | Aesfera | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aef |
Aesfera = superficie total de una esfera Aef = b·h = área efectiva en la superficie de la esfera. θAz = media anchura en acimut, en [rad] θEl = media anchura del ángulo de elevación, en [rad]. b = anchura de la superficie h = altura de la superficie |
(2) | |
| Aef | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Sin embargo, hay una inexactitud aquí, porque el área Aef = b·h está en un plano y no en una superficie esférica. Esta imprecisión es menor cuanto menor es el área b·h en relación con la superficie de la esfera, es decir, cuanto mejor es la directividad de la antena. Para los ángulos del haz de luz de hasta 20°, esta inexactitud puede ignorarse.
Ganancia de una antena
La directividad es una parte esencial de la ganancia de una antena. Para una ganancia real de la antena, las ganancias y las pérdidas deben compensarse. Para cada antena, la potencia radiada de una antena es proporcional a la potencia de transmisión inyectada, que puede medirse fácilmente en la línea de alimentación de la antena. Sin embargo, una parte de esta potencia de transmisión se pierde dentro de la antena en sus resistencias óhmicas. Estas pérdidas se definen como la eficiencia de una antena. Si hubiera una antena ideal sin estas pérdidas, la ganancia de la antena sería igual a su directividad.
La ganancia de la antena es menor que la directividad por el factor de la eficiencia:
| G = η· D | (3) |
Este factor de eficiencia η también puede denominarse factor específico de la antena Ka. Así se obtiene la siguiente ecuación para la ganancia de la antena:
| G = | 4π · Aef · Ka | (4) |
| λ2 |
La ganancia de una antena no siempre tiene que ser mayor que 1. También hay antenas con una ganancia de antena inferior a 1. En su mayoría se trata de antenas de medición en las que es importante obtener una ganancia de antena uniformemente grande en una gama de frecuencias muy amplia para poder comparar los resultados de las mediciones de diferentes bandas de frecuencia entre sí.