Diagrama de radiación de una antena
lóbulo secundario
Figura 1: Ejemplo de diagrama de transmisión de una antena de gran apertura vertical (LVA) en coordenadas cartesianas
lóbulo secundario
Figura 1: Ejemplo de diagrama de transmisión de una antena de gran apertura vertical (LVA) en coordenadas cartesianas
Diagrama de radiación de una antena
El diagrama de radiación de una antena se refiere a la intensidad radiada en cada dirección por dicha antena. Esta intensidad es siempre relativa a la intensidad emitida en el lóbulo principal que está situado centralmente alrededor del ángulo 0, que se considera el ángulo de visión. También representa la sensibilidad de recepción direccional de la antena. Las coordenadas son:
- en la abscisa (eje x): el ángulo relativo al ángulo de visión;
- en la ordenada (eje y): la intensidad relativa del campo eléctrico (E).
El diagrama puede obtenerse experimentalmente observando la intensidad de la señal emitida por la antena con un receptor que se desplace a su alrededor. También se puede estimar con un modelo matemático utilizando las características de la antena. Una vez obtenido el diagrama, se convierte en la referencia para esa antena y se utilizará para observar cualquier degradación de sus características.
Para una antena isótropa, la potencia transmitida es igual en todas las direcciones y forma una esfera. En cambio, las antenas de radar deben dirigir la intensidad máxima en la dirección de puntería. Por tanto, su haz de microondas debe ser lo más direccional y fino posible. Esto permite un seguimiento más preciso de los objetivos.
Figura 2: Diagrama de radiación horizontal en coordenadas polares
Figura 2: Diagrama de radiación horizontal en coordenadas polares
Formatos de presentación
Se utilizan muchos formatos de presentación. Los sistemas de coordenadas cartesianas y polares están muy extendidos. El objetivo principal es representar un diagrama de radiación horizontalmente (en el ángulo lateral) para una representación completa de 360°, o verticalmente (en el ángulo vertical), normalmente sólo para 90° o 180°. El sistema de coordenadas cartesianas permite una mejor representación de los datos de una antena. Sin embargo, como estos datos también pueden imprimirse en forma tabular, suele preferirse la representación más clara en forma de curva de localización en un sistema de coordenadas polares. A diferencia del sistema de coordenadas cartesianas, éste muestra directamente la dirección.
Para facilitar su uso, obtener una buena visión de conjunto y lograr la máxima versatilidad, los diagramas de radiación suelen normalizarse con respecto al borde exterior del sistema de coordenadas. Esto significa que el valor máximo medido se orienta a 0° y se introduce en el borde superior del diagrama. Los demás valores medidos en el diagrama de radiación suelen representarse en dB (decibelios) en relación con este valor máximo.
Escalas
La escala del gráfico puede escalarse de diferentes maneras. Se utilizan tres tipos de escalas: una escala lineal, una escala logarítmica continua y una escala logarítmica modificada. Una escala lineal hace hincapié en la dirección principal de la radiación y suele suprimir todos los lóbulos laterales, ya que éstos son del orden de, a menudo, menos de una centésima parte del lóbulo principal. La escala logarítmica continua, sin embargo, representa bien los lóbulos laterales y es preferible cuando el nivel de todos ellos es grande. Sin embargo, deja la impresión de que la antena es deficiente, ya que el lóbulo principal se representa relativamente pequeño. Una escala logarítmica no lineal modificada sigue haciendo hincapié en la forma del lóbulo principal y atrae los lóbulos laterales de nivel muy bajo (<30 dB) hacia el centro del diagrama. De este modo, el lóbulo principal se representa como el doble de grande que el lóbulo lateral más fuerte, lo que resulta ventajoso para las presentaciones visuales. Sin embargo, esta forma de representación rara vez se utiliza en la técnica, ya que los datos exactos serían difíciles de leer.
Diagrama de radiación horizontal
La transmisión de una antena es tridimensional y, por tanto, puede utilizarse un diagrama esférico para representar el conjunto. En la práctica, un diagrama de antena sólo se dibujará para el plano principal de transmisión: horizontal o vertical. El fabricante de la antena siempre adjuntará un diagrama de transmisión que habrá obtenido anotando la intensidad transmitida por un receptor estático mientras la antena transmite de forma continua y rotativa. Es posible utilizar coordenadas cartesianas o polares, cada una con sus ventajas e inconvenientes. En coordenadas cartesianas, el detalle es mayor pero la firma angular no es obvia, por lo que se utiliza para usos técnicos en los que los valores exactos son importantes. Las coordenadas polares son visualmente más significativas para dar una referencia física al usuario.
Aunque ambos tipos son útiles para una representación visual de la antena. No son lo suficientemente precisas para un análisis técnico exhaustivo. Por consiguiente, el diagrama de la antena se presenta también en forma de tabla numérica de ángulos frente a intensidades relativas.
Diagrama de radiación vertical
Figura 3: Diagrama de radiación vertical de una antena de haz cosecante cuadrado.
Algunas antenas tienden a transmitir verticalmente, en cuyo caso el diagrama de radiación se convierte en una sección transversal vertical. Por ejemplo, la figura 3 muestra el alcance máximo de una antena de haz cosecante cuadrado en la vertical. Con la antena en el origen, el alcance máximo se muestra en el eje x y la altura de puntería en el eje y en los ángulos señalados por las líneas diagonales sólidas. Las líneas de puntos ligeramente curvadas representan la altura sobre la superficie terrestre, curvatura debida a la refracción atmosférica. Este diagrama se obtiene experimentalmente por el método de calibración del Sol utilizando, por ejemplo, un RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites), una herramienta de medición de Intersoft Electronics.
La figura 3 utiliza unidades de uso común en el mundo de la aviación: alcance en millas náuticas y altura en pies. Sin embargo, estos valores son sólo secundarios, ya que el diagrama representa el valor relativo de la emisión en relación con la elevación del lóbulo del haz principal. Es decir, el alcance máximo teórico que puede alcanzar el radar en un ángulo determinado según la ecuación del radar. Por lo tanto, la forma del diagrama sólo indica el alcance en función del ángulo de elevación. Para obtener el valor absoluto de transmisión, se requiere un segundo gráfico de intensidad frente a ángulo de elevación.
Diagramas de antena 3D
Figura 4: Diagrama de antena de una bocina de conexión en representación tridimensional en un sistema de coordenadas polares.
Figura 4: Diagrama de antena de una bocina de conexión en representación tridimensional en un sistema de coordenadas polares.
Los diagramas de antena tridimensionales son imágenes generadas por ordenador. En la mayoría de los casos, son generados por programas de simulación cuyos valores se aproximan sorprendentemente a un diagrama medido real. La creación de un diagrama medido real implica una enorme cantidad de trabajo de medición, ya que cada píxel de la imagen representa su propio valor de medición.
Figura 5: Representación tridimensional en coordenadas cartesianas de una antena de radar de un vehículo de motor.
(¡La potencia se da en niveles absolutos!)
Figura 5: Representación tridimensional en coordenadas cartesianas de una antena de radar de un vehículo de motor.
(¡La potencia se da en niveles absolutos!)
Por ello, muchos programas de medición de antenas optan por un compromiso para esta representación. Sólo una sección vertical y otra horizontal del diagrama de antena están disponibles como valores de medición reales. Todos los demás puntos de la imagen se calculan multiplicando toda la curva de medición del diagrama vertical por un valor de medición individual del diagrama horizontal. La potencia de cálculo necesaria es enorme. Salvo para una bonita representación en presentaciones, la utilidad es dudosa, ya que no se obtienen nuevos conocimientos de los dos diagramas individuales (diagramas de antena horizontal y vertical). Al contrario, es precisamente en las zonas periféricas donde un diagrama generado con este compromiso puede desviarse considerablemente de la realidad.
Los diagramas 3D también pueden representarse tanto en coordenadas cartesianas como polares.