Antena

Característica de antena, ganancia de antena y directividad.

Gracias al diseño especial de la antena, la densidad de radiación se puede concentrar en una dirección espacial determinada. La medida de la directividad de una antena sin pérdidas es la ganancia de la antena. Está estrechamente relacionado con la directividad de la antena. A diferencia de la directividad, que sólo describe las características direccionales de una antena, la ganancia de antena también tiene en cuenta la eficiencia de la antena.

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Por tanto, representa la potencia radiada real. Suele ser menor que la potencia proporcionada por el transmisor. Sin embargo, debido a que esta potencia es más fácil de medir que la directividad, la ganancia de antena se usa más comúnmente que la directividad. Bajo el supuesto de considerar una antena sin pérdidas, la directividad se puede igualar a la ganancia de la antena.

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La antena de referencia se utiliza para definir la ganancia de la antena. En la mayoría de los casos, la antena de referencia es un radiador omnidireccional supuesto sin pérdidas (radiador o antena isotrópica) que irradia uniformemente en todas las direcciones, o una simple antena dipolo, al menos en el plano considerado.

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Para medir la antena, se determina la densidad de radiación (potencia por unidad de área) en un punto a cierta distancia y se compara con el valor obtenido utilizando una antena de referencia. La ganancia de la antena es la relación entre dos densidades de radiación.

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Por ejemplo, si una antena direccional produce 200 veces la densidad de radiación que una antena isotrópica en una determinada dirección espacial, el valor de la ganancia de la antena G es 200 o 23 dB.

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Patrón de antena

Un patrón de antena es una representación gráfica de la distribución espacial de la energía radiada por una antena. Dependiendo de la aplicación, la antena debería recibir señales sólo desde una dirección determinada pero no desde otras direcciones (p. ej. antena de TV, antena de radar); por el contrario, la antena de un automóvil debería poder recibir transmisores desde todas las direcciones posibles.

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Un patrón de radiación de una antena es una representación gráfica de los elementos de las características de radiación de una antena. Un patrón de antena suele ser una representación gráfica de las características direccionales de una antena. Representa la intensidad relativa de la radiación de energía o la cantidad de intensidad del campo eléctrico o magnético en función de la dirección de la antena. Los diagramas de antena se miden o generan mediante programas de simulación en una computadora, por ejemplo, para mostrar gráficamente la directividad de una antena de radar y así estimar su rendimiento.

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En comparación con las antenas omnidireccionales, que irradian uniformemente en todas las direcciones del avión, las antenas direccionales favorecen una dirección y, por tanto, consiguen un mayor alcance en esa dirección con una menor potencia de transmisión. Los patrones de radiación de la antena ilustran gráficamente las preferencias determinadas por las mediciones. Debido a la reciprocidad, se garantizan características idénticas de transmisión y recepción de la antena. El diagrama muestra la distribución direccional de la potencia de transmisión como intensidad de campo y la sensibilidad de la antena durante la recepción.

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La directividad requerida se logra mediante la construcción mecánica y eléctrica específica de la antena. La directividad indica qué tan bien una antena recibe o transmite en una dirección determinada. Se representa en una representación gráfica (patrón de antena) en función del acimut (gráfico horizontal) y la elevación (gráfico vertical).

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Utilice sistemas de coordenadas cartesianas o polares. Las medidas en representaciones gráficas pueden tener valores lineales o logarítmicos.

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Utilice muchos formatos de visualización. Los sistemas de coordenadas cartesianas, así como los sistemas de coordenadas polares, son muy comunes. El objetivo principal es mostrar un patrón de radiación representativo horizontalmente (azimut) para una representación completa de 360° o verticalmente (elevación) principalmente solo para 90 o 180 grados. Los datos de la antena se pueden representar mejor en coordenadas cartesianas. Dado que estos datos también se pueden imprimir en tablas, generalmente se prefiere la representación más descriptiva de la curva de trayectoria en coordenadas polares. A diferencia del sistema de coordenadas cartesiano, éste indica directamente la dirección.

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Para facilitar la manipulación, la transparencia y la máxima versatilidad, los patrones de radiación generalmente se normalizan con respecto a los bordes exteriores del sistema de coordenadas. Esto significa que el valor máximo medido está alineado con 0° y trazado en el borde superior del gráfico. Otras mediciones del patrón de radiación generalmente se muestran en dB (decibeles) con respecto a este valor máximo.

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La escala en la figura puede variar. Hay tres tipos de escalas de trazado de uso común; lineal, logarítmico lineal y logarítmico modificado. La escala lineal enfatiza el haz de radiación principal y generalmente suprime todos los lóbulos laterales, ya que suelen ser menos del uno por ciento del lóbulo principal. Sin embargo, la escala logarítmica lineal representa bien los lóbulos laterales y se prefiere cuando los niveles de todos los lóbulos laterales son importantes. Sin embargo, da la impresión de ser una mala antena porque el lóbulo principal es relativamente pequeño. La escala logarítmica modificada (Figura 4) enfatiza la forma del haz principal al comprimir los lóbulos laterales de muy bajo nivel (<30 dB) hacia el centro del modo. Por lo tanto, el lóbulo principal es dos veces más grande que el lóbulo lateral más fuerte, lo que resulta ventajoso para la presentación visual. Sin embargo, esta forma de representación rara vez se utiliza en tecnología porque es difícil leer datos precisos en ella.

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patrón de radiación horizontal

El diagrama de antena horizontal es una vista en planta del campo electromagnético de la antena, expresado como un plano bidimensional centrado en la antena.

El interés de esta representación es simplemente obtener la directividad de la antena. Normalmente, el valor -3 dB también se indica como un círculo discontinuo en la escala. La intersección entre el lóbulo principal y este círculo da como resultado el llamado ancho de haz de la antena a media potencia. Otros parámetros fáciles de leer son la relación de avance/retroceso, es decir, la relación entre el lóbulo principal y el lóbulo posterior, y el tamaño y dirección de los lóbulos laterales.

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Para las antenas de radar, la relación entre el lóbulo principal y el lóbulo lateral es importante. Este parámetro afecta directamente a la evaluación del grado de antiinterferencia del radar.

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patrón de radiación vertical

La forma de un patrón vertical es un corte transversal vertical de una figura tridimensional. En el gráfico polar que se muestra (un cuarto de círculo), la posición de la antena es el origen, el eje X es el alcance del radar y el eje Y es la altura del objetivo. Una de las técnicas de medición de antenas es el registro estroboscópico solar utilizando la herramienta de medición RASS-S de Intersoft Electronics. El RASS-S (Sistema de soporte de análisis de radar para sitios) es un sistema independiente del fabricante de radar para evaluar diferentes elementos de un radar conectándolo a señales ya disponibles, en condiciones de funcionamiento.

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Figura 3: Patrón de antena vertical con característica de cuadrado cosecante

En la Figura 3, las unidades de medida son millas náuticas para el alcance y pies para la altitud. Por razones históricas, estas dos unidades de medida todavía se utilizan en la gestión del tráfico aéreo. Estas unidades tienen una importancia secundaria simplemente porque las cantidades de radiación representadas se definen como niveles relativos. Esto significa que el visor ha adquirido el valor del alcance máximo (teórico) calculado con ayuda de la ecuación del radar.

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¡La forma del gráfico proporciona sólo la información requerida! Para obtener el valor absoluto se necesita un segundo gráfico medido en las mismas condiciones. Puede comparar los dos gráficos y observar aumentos o disminuciones excesivos en el rendimiento de la antena.

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Los radiales son marcadores de ángulos de elevación, aquí en pasos de medio grado. La escala desigual de los ejes x e y (muchos pies versus muchas millas náuticas) da como resultado un espaciado no lineal entre los marcadores de elevación. La altura se muestra como un patrón de cuadrícula lineal. La segunda cuadrícula (discontinua) está orientada según la curvatura de la Tierra.

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Las representaciones tridimensionales de diagramas de antenas son en su mayoría imágenes generadas por computadora. La mayoría de las veces son generados por programas de simulación y sus valores son sorprendentemente cercanos a los gráficos medidos reales. Generar un verdadero mapa de medidas supone un enorme esfuerzo de medición, ya que cada píxel de la imagen representa su propio valor de medida.

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Representación tridimensional del patrón de antena en coordenadas cartesianas de una antena de radar de un vehículo de motor.
(¡La potencia se da en niveles absolutos! Por lo tanto, la mayoría de los programas de medición de antenas eligen un compromiso para esta representación. Sólo las partes vertical y horizontal del diagrama a través de la antena pueden usarse como mediciones reales.

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Todos los demás píxeles se calculan multiplicando toda la curva de medición del gráfico vertical por la única medición del gráfico horizontal. La potencia informática necesaria es enorme. Aparte de una representación agradable en las presentaciones, sus ventajas son cuestionables, ya que de esta representación no se puede obtener ninguna información nueva en comparación con dos gráficos separados (gráficos de antena horizontal y vertical). Al contrario: especialmente en las zonas periféricas, los gráficos generados con este compromiso deberían desviarse significativamente de la realidad.

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Además, los gráficos 3D se pueden representar en coordenadas cartesianas y polares.

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Por ancho de haz de una antena de radar se suele entender como ancho de haz de potencia media. La intensidad máxima radiada se encuentra en una serie de mediciones (principalmente en una cámara anecoica) y luego en los puntos ubicados a cada lado del pico, que representan la intensidad máxima elevada a la mitad de potencia. La distancia angular entre puntos de media potencia se define como el ancho del haz. [1] La mitad de la potencia en decibeles es −3 dB, por lo que la mitad de la potencia del hazw

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