La eficiencia de una antena está relacionada con la potencia suministrada y la potencia que irradia. Una antena altamente eficiente irradia la mayor parte de la energía que recibe. Una antena ineficiente absorbe la mayor parte de la potencia que se pierde en su interior. Además, una antena ineficiente puede presentar una gran cantidad de energía reflejada debido a la desadaptación de impedancia. Reduzca la potencia radiada de una antena ineficiente en comparación con una antena más eficiente.
[Nota: La impedancia de la antena se analiza en un capítulo posterior. El desajuste de impedancia se refiere a la potencia reflejada por la antena debido a que la impedancia tiene un valor incorrecto. Por lo tanto, esto se denomina desajuste de impedancia.]
Un tipo de pérdida dentro de la antena es la pérdida por 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. Puede haber material aislante 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 conocida como eficiencia de radiación o eficiencia de la antena.
[Ecuación 1]
La eficiencia es una proporción. Esta proporción siempre es una cantidad entre 0 y 1. La eficiencia se suele expresar en porcentaje. Por ejemplo, una eficiencia de 0,5 equivale a un 50 %. La eficiencia de una antena también se suele indicar en decibelios (dB). Una eficiencia de 0,1 equivale al 10 %, es decir, a -10 decibelios. Una eficiencia de 0,5 equivale al 50 %, es decir, a -3 decibelios (dB).
La primera ecuación se denomina a veces eficiencia de radiación de la antena. Esto la distingue de otro término comúnmente utilizado: la efectividad total de la antena. La Eficiencia Total Efectiva 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 valor entre 0 y 1. Por lo tanto, la eficiencia total de la antena siempre es menor que la eficiencia de radiación. En otras palabras, si no hay pérdidas, la eficiencia de radiación es igual a la eficiencia total de la antena debida al desajuste de impedancia.
Mejorar la eficiencia es uno de los parámetros más importantes de una antena. Puede ser muy cercana al 100% con una antena parabólica, una antena de bocina o un dipolo de media longitud de onda sin ningún material que cause pérdidas a su alrededor. Las antenas de teléfonos celulares o de dispositivos electrónicos de consumo suelen tener una eficiencia del 20% al 70%. Esto es equivalente a -7 dB -1.5 dB (-7, -1.5 dB). A menudo, esto se debe a las pérdidas de los componentes electrónicos 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 para automóviles pueden operar 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 media longitud de onda a la frecuencia de operación. Esto reduce considerablemente la eficiencia de la antena. Los enlaces inalámbricos se mantienen porque las torres de transmisión de AM emplean una potencia de transmisión muy alta.
Las pérdidas por desajuste de impedancia se analizan en las secciones de Diagrama de Smith y Adaptación de Impedancia. La adaptación de impedancia puede mejorar considerablemente la eficiencia de la antena.
Ganancia de la antena
La ganancia de antena a largo plazo describe la cantidad de potencia transmitida en la dirección de máxima radiación, en relación con una fuente isotrópica. La ganancia de antena se suele indicar en la hoja de especificaciones de la antena. Es importante porque tiene en cuenta las pérdidas reales que se producen.
Una antena con una ganancia de 3 dB significa que la potencia recibida es 3 dB mayor que la que recibiría de una antena isotrópica sin pérdidas con la misma potencia de entrada. 3 dB equivalen al doble de la potencia de la fuente de alimentación.
La ganancia de una antena a veces se describe como una función de la dirección o el ángulo. Sin embargo, cuando se especifica la ganancia con un solo número, este representa la ganancia máxima en todas las direcciones. La "G" de la ganancia de la antena se puede comparar con la directividad "D" de un concepto futurista.
[Ecuación 3]
La ganancia de una antena real, que puede ser tan alta como la de una antena parabólica muy grande, es de 50 dB. La directividad puede ser tan baja como 1,76 dB, como en una antena real (por ejemplo, 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 longitud de onda de la frecuencia a la que opera la antena. Las antenas pequeñas pueden ser muy ineficientes. La ganancia de la antena suele ser inferior a -10 dB, incluso cuando no se tiene en cuenta el desajuste de impedancia.
Fecha de publicación: 16 de noviembre de 2023
