La directividad es un parámetro fundamental de la antena.Esta es una medida de 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. (Esto equivale a cero decibeles -0 dB).
La función de las 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 manera que el valor máximo del patrón de radiación sea igual a 1. (La mayor es la ecuación [1] de "F").Matemáticamente, la fórmula de direccionalidad (tipo "D") se escribe como:
Esto puede parecer una ecuación direccional complicada.Sin embargo, los patrones de radiación de las moléculas son de gran valor.El denominador representa la potencia promedio radiada en todas direcciones.La ecuación es entonces una medida de la potencia radiada máxima dividida por el promedio.Esto le da directividad a la antena.
Paradigma direccional
Como ejemplo, considere las siguientes dos ecuaciones para el patrón de radiación de dos antenas.
Antena 1
Antena 2
Estos patrones de radiación se representan en la Figura 1. Tenga en cuenta que el modo de radiación es solo una función del ángulo polar theta (θ). El patrón de radiación no es una función del azimut.(El patrón de radiación azimutal permanece sin cambios).El patrón de radiación de la primera antena es menos direccional que el patrón de radiación de la segunda antena.Por lo tanto, esperamos que la directividad sea menor para la primera antena.
Figura 1. Diagrama del patrón de radiación de una antena.¿Tiene alta direccionalidad?
Usando la fórmula [1], podemos calcular que la antena tiene mayor directividad.Para comprobar su comprensión, piense en la Figura 1 y en qué es la direccionalidad.Luego determine qué antena tiene mayor directividad sin utilizar ninguna matemática.
Resultados del cálculo direccional, utilice la fórmula [1]:
Cálculo de antena direccional 1, 1,273 (1,05 dB).
Cálculo de la antena direccional 2, 2,707 (4,32 dB).
Una mayor directividad significa una antena más enfocada o direccional.Esto significa que una antena de 2 receptores tiene 2,707 veces la potencia direccional de su pico que una antena omnidireccional.La antena 1 obtendrá 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 teléfonos móviles deben tener una directividad baja porque las señales pueden provenir de cualquier dirección.Por el contrario, las antenas parabólicas tienen una alta directividad.Una antena parabólica recibe señales de una dirección fija.Por ejemplo, si consigue una antena parabólica, la empresa le indicará hacia dónde apuntarla y la antena recibirá la señal deseada.
Terminaremos con una lista de tipos de antenas y su directividad.Esto le dará una idea de qué direccionalidad es 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
Parche (antena microstrip) 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 la antena varía mucho.Por lo tanto, es importante comprender la directividad al seleccionar la mejor antena para su aplicación específica.Si necesita enviar o recibir energía desde múltiples direcciones en una dirección, entonces debe diseñar una antena con baja directividad.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, necesitará una antena altamente direccional.Las antenas altamente direccionales maximizarán la transferencia de potencia desde la dirección deseada y reducirán las señales de direcciones no deseadas.
Supongamos que queremos una antena de baja directividad.Cómo hacemos esto?
La regla general de la teoría de antenas es que se necesita una antena eléctricamente pequeña para producir una directividad baja.Es decir, si utiliza una antena con un tamaño total de 0,25 - 0,5 longitudes de onda, 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 direccionalidad más baja que se puede conseguir en la práctica.
En última instancia, no podemos fabricar antenas de menos de un cuarto de longitud de onda sin reducir la eficiencia de la antena y el ancho de banda de la antena.La eficiencia de la antena y el ancho de banda de la antena se discutirán en capítulos futuros.
Para una antena con alta directividad, necesitaremos antenas de muchos tamaños de longitud de onda.Como las antenas parabólicas y las antenas de bocina tienen una alta directividad.Esto se debe en parte a que tienen muchas longitudes de onda.
¿porqué es eso?En última instancia, la razón tiene que ver con las propiedades de la transformada de Fourier.Cuando tomas la transformada de Fourier de un pulso corto, obtienes un espectro amplio.Esta analogía no existe 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 tanto, las antenas pequeñas tienen patrones de radiación amplios (y baja directividad).Antenas con gran distribución uniforme de voltaje o corriente. Patrones muy direccionales (y alta directividad).
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Hora de publicación: 07-nov-2023
