Quais são os parâmetros de desempenho elétrico das antenas de comunicação?

Os parâmetros de desempenho elétrico das antenas de comunicação são indicadores-chave usados para avaliar a capacidade de transmissão de sinal, a eficiência de radiação e o desempenho de adaptação de impedância. Eles podem ser classificados, de forma geral, da seguinte maneira:

1. Frequência de operação e largura de banda de operação

A largura de banda de uma antena refere-se à faixa de frequência na qual todos os requisitos de desempenho especificados para a antena são atendidos. A frequência de operação refere-se a todas as frequências dentro da largura de banda da antena.

Como a largura de banda operacional é limitada por múltiplos parâmetros de desempenho, a largura de banda mais estreita entre eles deve ser considerada a largura de banda efetiva. Para antenas integradas, as larguras de banda limitadas por fatores como a largura de banda do padrão de radiação e a largura de banda de polarização são geralmente maiores do que a largura de banda de impedância. Um critério aproximado comumente usado é a faixa de frequência na qual a relação de onda estacionária de tensão (VSWR) permanece abaixo de um limite especificado.

2. Relação de Onda Estacionária de Tensão (VSWR)

Quando a impedância de entrada da antena não corresponde à impedância característica da linha de transmissão (ou seja, ocorre um desajuste), parte da potência de entrada é refletida. A relação de onda estacionária de tensão (VSWR) é um parâmetro importante que reflete a relação entre a potência incidente e a potência refletida.

A ROE (Relação de Ondas Estacionárias) está relacionada à impedância de entrada da antena. Em alguns casos, utiliza-se a perda de retorno (RL) ou o coeficiente de reflexão (Γ); os três descrevem a mesma característica. Suas relações são as seguintes:

Onde:

(P^-) é a potência refletida

(P^+) é a potência incidente

(Z_L) é a impedância de entrada da antena

(Z_0) é a impedância característica da linha de transmissão.

(U^+) é a tensão incidente

(U^-) é a tensão refletida

3. Relações de conversão logarítmica entre perda de retorno, VSWR e coeficiente de reflexão

A perda de retorno, a ROE (Relação de Ondas Estacionárias) e o coeficiente de reflexão são diferentes representações do desempenho da adaptação de impedância e podem ser convertidos logaritmicamente usando as fórmulas acima.

4. Impedância de entrada

A impedância de entrada é a impedância presente nos terminais de entrada da antena. A impedância de entrada da antena deve ser compatível com a impedância característica da linha de transmissão e dos conectores. Para antenas de estações base de comunicação móvel, a impedância de entrada nominal é tipicamente de 50 Ω, o que significa que a impedância característica da linha de transmissão e dos conectores também deve ser de 50 Ω.

5. Ganho

O ganho da antena representa o efeito combinado da diretividade da radiação e da eficiência de conversão de energia. É determinado por dois fatores principais: diretividade da radiação e eficiência da radiação.

O ganho geralmente é expresso em decibéis (dB). Decibéis são uma representação logarítmica de uma razão:

Por exemplo:

A unidade dBi representa o ganho em relação a um radiador isotrópico ideal. Em alguns casos, usa-se dBd, que representa o ganho em relação a um dipolo de meia onda. A relação de conversão é:

Por exemplo:

6. Padrão de Radiação

O diagrama de radiação é uma representação gráfica de como a densidade de potência irradiada ou a intensidade do campo varia com a direção espacial. Os diagramas de radiação incluem diagramas no plano horizontal e diagramas no plano vertical.

Muitas características da antena podem ser observadas a partir do diagrama de radiação, como se a antena é omnidirecional ou direcional, largura do feixe, ângulo de inclinação, preenchimento de nulos e supressão de lóbulos laterais. Para melhorar o desempenho de radiação, a otimização do diagrama de radiação é uma parte importante do projeto da antena.

Um padrão de radiação 3D ilustra a distribuição geral do sinal no espaço e permite a observação da intensidade do sinal em todas as direções.

Um padrão de radiação 2D é normalmente obtido fatiando o padrão 3D ao longo dos planos XY, YZ e XZ, fornecendo uma avaliação quantitativa da distribuição da intensidade do sinal nesses planos.