La eficiencia de la radiación abarca valores del 0 al 100 %, donde el 100 % es el ideal y es una parte importante de la ecuación general del presupuesto del enlace. En realidad, debido a las imperfecciones del material y de fabricación, solo podemos acercarnos a este valor. Hay tres componentes principales de la pérdida de potencia de la señal que disminuyen la eficiencia de radiación de la antena.

La principal causa de pérdida dentro de la estructura de una antena varía según el tipo de antena: las antenas totalmente metálicas se ven afectadas principalmente por la pérdida del conductor, mientras que con las antenas basadas en PCB la pérdida dieléctrica es dominante.

COMPONENTES DE PÉRDIDA DE EFICIENCIA DE RADIACIÓN

 Pérdida de reflexión

La pérdida de reflexión es causada por el desajuste de impedancia del puerto de entrada de la antena y el cable que lo alimenta. Cuanto mayor sea la diferencia, más potencia se refleja desde el puerto de la antena, lo que reduce la eficiencia de radiación de la antena. En general, la coincidencia de circuitos es una parte importante del trabajo de ingeniería de RF: hacer que varios dispositivos pasen señales de RF de uno a otro de manera efectiva.

 Pérdida de conductores

Las corrientes eléctricas que fluyen a través de las partes metálicas de la antena con una resistencia particular hacen que parte de la potencia de la señal de RF se pierda en el metal. En la práctica, depende del tipo de antena, el tamaño y la frecuencia de funcionamiento cuál será la pérdida del conductor, pero para la mayoría de las antenas, la pérdida del conductor aumenta con la frecuencia debido al aumento del efecto pelicular y, a frecuencias muy altas, la mayor rugosidad de la superficie amplifica aún más la pérdida del conductor.

 Pérdida dieléctrica

Los materiales como el sustrato de PCB en el que a menudo se graban las antenas tienen la llamada tangente de pérdida, que es una medida de la fuerza con la que un material en particular absorbe la potencia de la señal de RF que pasa a través de él, lo que provoca el calentamiento del material.

En la práctica, es difícil calcular o separar el conductor y la pérdida dieléctrica, pero pueden determinarse experimentalmente. Para determinar la eficiencia de radiación, η, de una antena, podemos expresar las pérdidas (L) como eficiencias. La eficiencia es inversamente proporcional a las pérdidas de la siguiente manera

η = 1 - L

Tiene valores de 0 a 100 %, donde 100 % sería el valor ideal para cada uno de ellos. Cada componente de pérdida se puede expresar de esta manera como eficiencia.

Medición y cálculo de la eficiencia de la radiación

Hay dos formas de determinar la eficiencia de radiación de la antena. El primero, más frecuente durante la etapa de diseño de antenas, es calcular su eficiencia de radiación en un software de modelado de antenas. Es conveniente, rápido y puede ser muy preciso si el modelo de antena corresponde a la muestra del mundo real.

Segundo, considerado el estándar de oro en la industria de las antenas, es la medición experimental. Hay muchas opciones cuando se trata de configuraciones de medición de antena según la frecuencia, el tamaño y el tamaño eléctrico. En general, se puede decir que cualquier medición de RF puede ser intensiva en bienes raíces y hardware. Por ejemplo, una cámara anecoica puede tener el tamaño de un almacén y debe cumplir con estrictos requisitos técnicos, lo que aumenta rápidamente el costo total. Además de eso, una platina giratoria personalizada con equipo de medición acelera aún más el crecimiento de los gastos. Sin embargo, estos costos de entrada son una parte inevitable de la medición de precisión de la eficiencia de la antena.

Eficiencia de radiación en la práctica

La eficiencia de radiación de la antena, η, que relaciona la ganancia absoluta (G) y la directividad (D) se define como el producto del conductor combinado y la pérdida dieléctrica porque estos dos componentes están ligados a los materiales de los que está hecha la antena. Esta es la definición oficial de eficiencia de antena según los estándares IEEE.

G = η ∙ D

η = η_CONDUCTOR & η_DIELÉCTRICO combinado

La ganancia absoluta, G, no incluye las pérdidas que surgen del desajuste de impedancia, en otras palabras, la pérdida por reflexión o el desajuste de polarización. La ganancia de antena realizada, GR, incluye el desajuste de impedancia además de las pérdidas de materiales y considera la cadena de la línea de transmisión de alimentación y la antena juntas.

G_R = η_R ∙ G

Idealmente, la eficiencia de radiación de la antena sería del 100 %, lo que significa que la ganancia sería igual a la directividad y toda la energía en los puertos de la antena se irradia al espacio libre y no se pierde nada en los materiales. Pero, dado que los materiales del mundo real siempre presentan alguna pérdida, solo podemos acercarnos a este valor. Lo mismo ocurre con la ganancia realizada: siempre hay alguna discrepancia entre un cable de alimentación y una antena, por lo que la ganancia realizada siempre es menor que la ganancia absoluta.

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