¿Cuáles son los parámetros de rendimiento eléctrico de las antenas de comunicación?

Los parámetros de rendimiento eléctrico de las antenas de comunicación son indicadores clave que se utilizan para evaluar la capacidad de transmisión de la señal, la eficiencia de radiación y el rendimiento de adaptación de impedancia. En general, se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Frecuencia de operación y ancho de banda de operación

El ancho de banda de una antena se refiere al rango de frecuencias en el que se cumplen todos los requisitos de rendimiento especificados. La frecuencia de operación se refiere a todas las frecuencias dentro del ancho de banda de la antena.

Dado que el ancho de banda operativo está limitado por múltiples parámetros de rendimiento, el ancho de banda más estrecho entre ellos debe considerarse como el ancho de banda efectivo. En el caso de las antenas integradas, los anchos de banda limitados por factores como el ancho de banda del patrón de radiación y el ancho de banda de polarización suelen ser mayores que el ancho de banda de impedancia. Un criterio aproximado comúnmente utilizado es el rango de frecuencias en el que la relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR) se mantiene por debajo de un límite especificado.

2. Relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR)

Cuando la impedancia de entrada de la antena no coincide con la impedancia característica de la línea de transmisión (es decir, se produce un desajuste), parte de la potencia de entrada se refleja. La relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR, por sus siglas en inglés) es un parámetro importante que refleja la relación entre la potencia incidente y la potencia reflejada.

La ROE (Relación de Onda Estacionaria) está relacionada con la impedancia de entrada de la antena. En algunos casos, se utiliza en su lugar la pérdida de retorno (RL) o el coeficiente de reflexión (Γ); los tres describen la misma característica. Sus relaciones son las siguientes:

Lugar:

(P^-) es la potencia reflejada

(P^+) es la potencia incidente

(Z_L) es la impedancia de entrada de la antena

(Z_0) es la impedancia característica de la línea de transmisión.

(U^+) es la tensión incidente

(U^-) es el voltaje reflejado

3. Relaciones de conversión logarítmica entre la pérdida de retorno, VSWR y el coeficiente de reflexión.

La pérdida de retorno, la ROE y el coeficiente de reflexión son diferentes representaciones del rendimiento de la adaptación de impedancias y se pueden convertir logarítmicamente utilizando las fórmulas anteriores.

4. Impedancia de entrada

La impedancia de entrada es la impedancia que se presenta en los terminales de entrada de la antena. Esta impedancia debe coincidir con la impedancia característica de la línea de transmisión y los conectores. En el caso de las antenas de estaciones base de comunicaciones móviles, la impedancia de entrada nominal suele ser de 50 Ω, lo que significa que la impedancia característica de la línea de transmisión y los conectores también debe ser de 50 Ω.

5. Ganancia

La ganancia de una antena representa el efecto combinado de la directividad de la radiación y la eficiencia de conversión de energía. Está determinada por dos factores principales: la directividad de la radiación y la eficiencia de la radiación.

La ganancia se suele expresar en decibelios (dB). Los decibelios son una representación logarítmica de una relación:

Por ejemplo:

La unidad dBi representa la ganancia relativa a un radiador isotrópico ideal. En algunos casos se utiliza dBd, que representa la ganancia relativa a un dipolo de media onda. La relación de conversión es:

Por ejemplo:

6. Patrón de radiación

El diagrama de radiación es una representación gráfica de cómo varía la densidad de potencia radiada o la intensidad del campo en función de la dirección espacial. Los diagramas de radiación incluyen diagramas en el plano horizontal y en el plano vertical.

A partir del diagrama de radiación, se pueden observar muchas características de la antena, como si es omnidireccional o direccional, el ancho del haz, el ángulo de inclinación, el relleno de nulos y la supresión de lóbulos laterales. Para mejorar el rendimiento de la radiación, la optimización del diagrama de radiación es una parte importante del diseño de antenas.

Un patrón de radiación tridimensional ilustra la distribución general de la señal en el espacio y permite observar la intensidad de la señal en todas las direcciones.

Un patrón de radiación bidimensional se obtiene típicamente seccionando el patrón tridimensional a lo largo de los planos XY, YZ y XZ, lo que proporciona una evaluación cuantitativa de la distribución de la intensidad de la señal en estos planos.