La eficiencia de una antena está relacionada con la potencia suministrada y la potencia radiada. Una antena altamente eficiente radiará la mayor parte de la energía que recibe. Una antena ineficiente absorbe la mayor parte de la energía que se pierde. Una antena ineficiente también puede reflejar mucha energía debido a la discordancia de impedancia. Reduzca la potencia radiada de una antena ineficiente en comparación con una antena más eficiente.
[Nota al margen: La impedancia de la antena se analiza en un capítulo posterior. El desajuste de impedancia se debe a la potencia reflejada por la antena debido a un valor incorrecto de impedancia. Por lo tanto, se denomina desajuste de impedancia.]
Un tipo de pérdida dentro de la antena es la pérdida de conducción. Estas pérdidas se deben a la conductividad finita de la antena. Otro mecanismo de pérdida es la pérdida dieléctrica. Las pérdidas dieléctricas en la antena se deben a la conducción en el material dieléctrico. El material aislante puede estar presente dentro o alrededor de la antena.
La relación entre la eficiencia de la antena y la potencia radiada se puede expresar como la potencia de entrada de la antena. Esta es la ecuación [1]. También se conoce como eficiencia de radiación o eficiencia de la antena.
[Ecuación 1]
La eficiencia es una razón. Esta razón siempre es una cantidad entre 0 y 1. La eficiencia suele expresarse en porcentaje. Por ejemplo, una eficiencia de 0,5 equivale a hasta un 50 % de la misma. La eficiencia de la antena también suele expresarse en decibelios (dB). Una eficiencia de 0,1 equivale al 10 %. Esto también equivale a -10 decibelios (-10 decibelios). Una eficiencia de 0,5 equivale al 50 %. Esto también equivale a -3 decibelios (dB).
La primera ecuación se denomina a veces eficiencia de radiación de la antena. Esto la distingue de otro término común, la efectividad total de la antena. La Eficiencia Efectiva Total (ETT) es la eficiencia de radiación de la antena multiplicada por la pérdida por desajuste de impedancia de la antena. Las pérdidas por desajuste de impedancia se producen cuando la antena está conectada físicamente a la línea de transmisión o al receptor. Esto se puede resumir en la fórmula [2].
[Ecuación 2]
fórmula [2]
La pérdida por desajuste de impedancia siempre es un número entre 0 y 1. Por lo tanto, la eficiencia total de la antena siempre es menor que la eficiencia de radiación. En resumen, si no hay pérdidas, la eficiencia de radiación es igual a la eficiencia total de la antena debido al desajuste de impedancia.
Mejorar la eficiencia es uno de los parámetros más importantes de la antena. Puede ser muy cercano al 100% con una antena parabólica, una antena de bocina o un dipolo de media longitud de onda sin ningún material con pérdidas a su alrededor. Las antenas de teléfonos celulares o de electrónica de consumo suelen tener una eficiencia del 20% al 70%. Esto equivale a -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). A menudo debido a la pérdida de la electrónica y los materiales que rodean la antena. Estos tienden a absorber parte de la potencia radiada. La energía se convierte en energía térmica y no hay radiación. Esto reduce la eficiencia de la antena. Las antenas de radio de coche pueden funcionar en frecuencias de radio AM con una eficiencia de antena de 0,01. [Esto es 1% o -20 dB]. Esta ineficiencia se debe a que la antena es más pequeña que la mitad de la longitud de onda en la frecuencia de operación. Esto reduce en gran medida la eficiencia de la antena. Los enlaces inalámbricos se mantienen porque las torres de transmisión AM emplean una potencia de transmisión muy alta.
Las pérdidas por desajuste de impedancia se analizan en las secciones "Carta de Smith" y "Adaptación de impedancia". La adaptación de impedancia puede mejorar considerablemente la eficiencia de la antena.
Ganancia de antena
La ganancia de antena a largo plazo describe la cantidad de potencia transmitida en la dirección de radiación máxima, en relación con una fuente isótropa. La ganancia de antena se indica con mayor frecuencia en la hoja de especificaciones de la antena. Es importante porque considera las pérdidas reales que se producen.
Una antena con una ganancia de 3 dB significa que la potencia recibida de la antena es 3 dB mayor que la que se recibiría de una antena isótropa sin pérdidas con la misma potencia de entrada. 3 dB equivalen al doble de la fuente de alimentación.
La ganancia de antena a veces se considera una función de la dirección o el ángulo. Sin embargo, cuando un solo número especifica la ganancia, este es la ganancia pico en todas las direcciones. La "G" de la ganancia de antena puede compararse con la directividad de la "D" de tipo futurista.
[Ecuación 3]
La ganancia de una antena real, que puede ser tan alta como la de una antena parabólica de gran tamaño, es de 50 dB. La directividad puede ser tan baja como 1,76 dB, como en una antena real (como una antena dipolo corta). La direccionalidad nunca puede ser inferior a 0 dB. Sin embargo, la ganancia máxima de la antena puede ser arbitrariamente pequeña. Esto se debe a pérdidas o ineficiencias. Las antenas eléctricamente pequeñas son antenas relativamente pequeñas que operan a la misma longitud de onda de la frecuencia a la que operan. Las antenas pequeñas pueden ser muy ineficientes. La ganancia de la antena suele ser inferior a -10 dB, incluso sin tener en cuenta la discordancia de impedancia.
Hora de publicación: 16 de noviembre de 2023
