En teoría de antenas , la eficiencia de radiación es una medida de qué tan bien una antena de radio convierte la potencia de radiofrecuencia aceptada en sus terminales en potencia radiada. Del mismo modo, en una antena receptora describe la proporción de la potencia de la onda de radio interceptada por la antena que realmente se entrega como señal eléctrica. No debe confundirse con la eficiencia de la antena , que se aplica a las antenas de apertura, como un reflector parabólico o un conjunto en fase , o la eficiencia de iluminación de antena/apertura , que relaciona la directividad máxima de una antena/apertura con su directividad estándar . [1]
La eficiencia de radiación se define como "la relación entre la potencia total radiada por una antena y la potencia neta aceptada por la antena del transmisor conectado". [1] A veces se expresa como un porcentaje (menor a 100) y depende de la frecuencia. También se puede describir en decibelios . La ganancia de una antena es la directividad multiplicada por la eficiencia de radiación. [2] Por lo tanto, tenemos
donde es la ganancia de la antena en una dirección especificada, es la eficiencia de radiación y es la directividad de la antena en la dirección especificada.
Para las antenas de cable que tienen una resistencia a la radiación definida , la eficiencia de radiación es la relación entre la resistencia a la radiación y la resistencia total de la antena, incluida la pérdida de tierra (ver a continuación) y la resistencia del conductor. [3] [4] En casos prácticos, a menudo se incluye la pérdida resistiva en cualquier red de sintonización y/o adaptación, aunque la pérdida de red estrictamente no es una propiedad de la antena.
Para otros tipos de antena, la eficiencia de radiación es menos fácil de calcular y generalmente se determina mediante mediciones.
En el caso de una antena o un conjunto de antenas que tengan múltiples puertos, la eficiencia de radiación depende de la excitación. Más precisamente, la eficiencia de radiación depende de las fases relativas y las amplitudes relativas de las señales aplicadas a los diferentes puertos. [5] Esta dependencia siempre está presente, pero es más fácil de interpretar en el caso en que las interacciones entre los puertos sean suficientemente pequeñas. Estas interacciones pueden ser grandes en muchas configuraciones reales, por ejemplo, en un conjunto de antenas integrado en un teléfono móvil para proporcionar diversidad espacial y/o multiplexación espacial. [6] En este contexto, es posible definir una métrica de eficiencia como la eficiencia de radiación mínima para todas las excitaciones posibles, denotada por , que está relacionada con la cifra de eficiencia de radiación dada por . [5]
Otra métrica de eficiencia interesante es la eficiencia de radiación máxima para todas las excitaciones posibles, denotada por . Es posible considerar que el uso de como parámetro de diseño es particularmente relevante para un conjunto de antenas multipuerto destinado a la transmisión MIMO con multiplexación espacial, y que el uso de como parámetro de diseño es particularmente relevante para un conjunto de antenas multipuerto destinado a la formación de haces en una sola dirección o sobre un ángulo sólido pequeño. [7]
Las mediciones de la eficiencia de radiación son difíciles. Las técnicas clásicas incluyen el "método Wheeler" (también conocido como "método de la tapa Wheeler") y el "método del factor Q". [8] [9] El método Wheeler utiliza dos mediciones de impedancia, una de las cuales con la antena ubicada en una caja metálica (la tapa). Desafortunadamente, es probable que la presencia de la tapa modifique significativamente la distribución de corriente en la antena, de modo que la precisión resultante es difícil de determinar. El método del factor Q no utiliza una carcasa metálica, sino que se basa en el supuesto de que se conoce el factor Q de una antena ideal, siendo la antena ideal idéntica a la antena real excepto que los conductores tienen una conductividad perfecta y cualquier dieléctrico tiene pérdida cero. Por lo tanto, el método del factor Q es solo semiexperimental, porque se basa en un cálculo teórico que utiliza una geometría supuesta de la antena real. Su precisión también es difícil de determinar. Otras técnicas de medición de la eficiencia de radiación incluyen: el método de integración de patrones, que requiere mediciones de ganancia en muchas direcciones y dos polarizaciones; y técnicas de cámara de reverberación, que utilizan una cámara de reverberación agitada por modos. [8] [10]
La pérdida de potencia de radiofrecuencia por calor se puede subdividir de muchas maneras diferentes, dependiendo de la cantidad de objetos con pérdidas significativas acoplados eléctricamente a la antena y del nivel de detalle deseado. Por lo general, la forma más simple es considerar dos tipos de pérdida: pérdida óhmica y pérdida de tierra . [a]
Cuando se habla de pérdida óhmica como algo distinto de la pérdida de tierra , se refiere a la resistencia que produce calor al flujo de corriente de radio en los conductores de la antena, sus conexiones eléctricas y, posiblemente, la pérdida en el cable de alimentación de la antena. Debido al efecto pelicular , la resistencia a la corriente de radiofrecuencia es generalmente mucho mayor que la resistencia a la corriente continua.
En el caso de los monopolos verticales y otras antenas colocadas cerca del suelo, la pérdida de tierra se produce debido a la resistencia eléctrica que encuentran los campos de radiofrecuencia y las corrientes que pasan a través del suelo en las proximidades de la antena, así como a la resistencia óhmica de los objetos metálicos en los alrededores de la antena (como su mástil o tallo), y a la resistencia óhmica en su plano de tierra/contrapeso, y en las conexiones de unión eléctricas y mecánicas. Al considerar antenas que se montan a unas pocas longitudes de onda por encima de la tierra en un mástil no conductor y radiotransparente, las pérdidas de tierra son lo suficientemente pequeñas en comparación con las pérdidas del conductor como para que se puedan ignorar. [b]
