La directividad es un parámetro fundamental de las antenas. Mide cómo es el patrón de radiación de una antena direccional. Una antena que irradia por igual en todas las direcciones tendrá una directividad igual a 1 (equivalente a cero decibelios, 0 dB).
La función de coordenadas esféricas se puede escribir como un patrón de radiación normalizado:
[Ecuación 1]
Un patrón de radiación normalizado tiene la misma forma que el patrón de radiación original. El patrón de radiación normalizado se reduce en magnitud de tal manera que el valor máximo del patrón de radiación sea igual a 1. (El mayor es la ecuación [1] de "F"). Matemáticamente, la fórmula para la direccionalidad (tipo "D") se escribe como:
Esto puede parecer una ecuación direccional compleja. Sin embargo, los patrones de radiación de las moléculas son de suma importancia. El denominador representa la potencia promedio radiada en todas las direcciones. La ecuación, entonces, es una medida de la potencia máxima radiada dividida por la potencia promedio. Esto proporciona la directividad de la antena.
Paradigma direccional
Como ejemplo, consideremos las dos ecuaciones siguientes para el patrón de radiación de dos antenas.
Antena 1
Antena 2
Estos diagramas de radiación se muestran en la Figura 1. Cabe destacar que el modo de radiación depende únicamente del ángulo polar theta (θ). El diagrama de radiación no depende del azimut (el diagrama de radiación azimutal permanece inalterado). El diagrama de radiación de la primera antena es menos direccional que el de la segunda. Por lo tanto, se espera que la directividad sea menor para la primera antena.
Figura 1. Diagrama del patrón de radiación de una antena. ¿Tiene alta direccionalidad?
Utilizando la fórmula [1], podemos calcular que la antena tiene mayor directividad. Para comprobar tu comprensión, observa la Figura 1 y qué es la direccionalidad. Luego, determina qué antena tiene mayor directividad sin usar matemáticas.
Resultados del cálculo direccional, utilice la fórmula [1]:
Cálculo de la antena direccional 1, 1,273 (1,05 dB).
Cálculo de la antena direccional 2, 2,707 (4,32 dB).
Una mayor directividad implica una antena más enfocada o direccional. Esto significa que una antena receptora de 2 canales tiene 2,707 veces la potencia direccional máxima de una antena omnidireccional. La antena 1 recibirá 1,273 veces la potencia de una antena omnidireccional. Las antenas omnidireccionales se utilizan como referencia común, aunque no existen antenas isotrópicas.
Las antenas de telefonía móvil deben tener baja directividad, ya que las señales pueden provenir de cualquier dirección. En cambio, las antenas parabólicas tienen alta directividad. Una antena parabólica recibe señales desde una dirección fija. Por ejemplo, si adquiere una antena parabólica de televisión, la compañía le indicará hacia dónde apuntarla y la antena recibirá la señal deseada.
Finalizaremos con una lista de tipos de antenas y su directividad. Esto les dará una idea de la direccionalidad más común.
Tipo de antena Directividad típica Directividad típica [decibelios] (dB)
Antena dipolo corta 1,5 1,76
Antena dipolo de media onda 1,64 2,15
Antena de parche (microcinta) 3,2-6,3 5-8
Antena de bocina 10-100 10-20
Antena parabólica 10-10.000 10-40
Como muestran los datos anteriores, la directividad de las antenas varía considerablemente. Por lo tanto, es importante comprender la directividad al seleccionar la antena más adecuada para cada aplicación. Si necesita enviar o recibir energía desde múltiples direcciones en una misma dirección, deberá diseñar una antena de baja directividad. Algunos ejemplos de aplicaciones para antenas de baja directividad incluyen radios de automóviles, teléfonos celulares y acceso inalámbrico a internet para computadoras. Por el contrario, si realiza teledetección o transferencia de energía dirigida, se requerirá una antena altamente direccional. Las antenas altamente direccionales maximizan la transferencia de energía desde la dirección deseada y reducen las señales provenientes de direcciones no deseadas.
Supongamos que queremos una antena de baja directividad. ¿Cómo lo hacemos?
La regla general de la teoría de antenas es que se necesita una antena eléctricamente pequeña para producir una directividad baja. Es decir, si se utiliza una antena con un tamaño total de 0,25 a 0,5 longitudes de onda, se minimizará la directividad. Las antenas dipolo de media onda o las antenas de ranura de media longitud de onda suelen tener una directividad inferior a 3 dB. Esta es la directividad más baja que se puede obtener en la práctica.
En definitiva, no podemos fabricar antenas más pequeñas que un cuarto de longitud de onda sin reducir su eficiencia y su ancho de banda. La eficiencia y el ancho de banda de las antenas se analizarán en capítulos posteriores.
Para obtener una antena de alta directividad, necesitaremos antenas de múltiples longitudes de onda. Por ejemplo, las antenas parabólicas y las antenas de bocina poseen una alta directividad. Esto se debe, en parte, a que tienen una longitud de onda considerable.
¿Por qué? En última instancia, la razón tiene que ver con las propiedades de la transformada de Fourier. Al aplicar la transformada de Fourier a un pulso corto, se obtiene un espectro amplio. Esta analogía no se aplica al determinar el patrón de radiación de una antena. El patrón de radiación puede considerarse como la transformada de Fourier de la distribución de corriente o voltaje a lo largo de la antena. Por lo tanto, las antenas pequeñas tienen patrones de radiación amplios (y baja directividad). Las antenas con una distribución de voltaje o corriente uniforme y amplia presentan patrones muy direccionales (y alta directividad).
E-mail:info@rf-miso.com
Teléfono: 0086-028-82695327
Sitio web: www.rf-miso.com
Fecha de publicación: 7 de noviembre de 2023
