Una antena direccional o antena de haz es una antena que irradia o recibe mayor potencia de ondas de radio en direcciones específicas. Las antenas direccionales pueden irradiar ondas de radio en haces, cuando se desea una mayor concentración de radiación en una determinada dirección, o en las antenas receptoras reciben ondas de radio desde una dirección específica únicamente. Esto puede aumentar la potencia transmitida a los receptores en esa dirección o reducir la interferencia de fuentes no deseadas. Esto contrasta con las antenas omnidireccionales , como las antenas dipolo, que irradian ondas de radio en un ángulo amplio o reciben desde un ángulo amplio.
El grado en que la distribución angular de la potencia radiada de una antena, su patrón de radiación , se concentra en una dirección se mide mediante un parámetro llamado ganancia de antena . Una antena de alta ganancia ( HGA ) es una antena direccional con un ancho de haz estrecho y enfocado , que permite una orientación más precisa de las señales de radio. [1] Más comúnmente conocidas durante las misiones espaciales , [2] estas antenas también se utilizan en toda la Tierra , con mayor éxito en áreas planas y abiertas donde no hay montañas que interrumpan las ondas de radio. [ cita necesaria ]
Por el contrario, una antena de baja ganancia ( LGA ) es una antena omnidireccional , con un amplio ancho de haz de ondas de radio, que permite que la señal se propague razonablemente bien incluso en regiones montañosas y, por tanto, es más fiable independientemente del terreno. Las antenas de baja ganancia se utilizan a menudo en naves espaciales como respaldo de la antena de alta ganancia , que transmite un haz mucho más estrecho y, por lo tanto, es susceptible a la pérdida de señal. [3]
Todas las antenas prácticas son al menos algo direccionales, aunque normalmente sólo se considera la dirección en el plano paralelo a la Tierra, y las antenas prácticas pueden ser fácilmente omnidireccionales en un plano. Los tipos de antenas direccionales más comunes son [ cita necesaria ]
Estos tipos de antenas, o combinaciones de varias versiones de frecuencia única de un tipo o (raramente) una combinación de dos tipos diferentes, se venden con frecuencia comercialmente como antenas de TV residenciales . Los repetidores celulares a menudo utilizan antenas direccionales externas para brindar una señal mucho mayor que la que se puede obtener en un teléfono celular estándar . Los receptores de televisión por satélite suelen utilizar antenas parabólicas . Para frecuencias de longitud de onda larga y media , en la mayoría de los casos se utilizan conjuntos de torres como antenas direccionales.
Al transmitir, una antena de alta ganancia permite enviar más potencia transmitida en dirección al receptor, aumentando la intensidad de la señal recibida. Al recibir, una antena de alta ganancia captura más señal, aumentando nuevamente la intensidad de la señal. Debido a la reciprocidad , estos dos efectos son iguales: una antena que genera una señal transmitida 100 veces más fuerte (en comparación con un radiador isotrópico ) también capturará 100 veces más energía que la antena isotrópica cuando se usa como antena receptora. Como consecuencia de su directividad, las antenas direccionales también envían menos (y reciben menos) señales desde direcciones distintas al haz principal. Esta propiedad puede evitar interferencias de otros transmisores fuera del haz y siempre reduce el ruido de la antena. (El ruido proviene de todas las direcciones, pero una señal deseada solo vendrá de una dirección aproximada, por lo que cuanto más estrecho sea el haz de la antena, mejor será la crucial relación señal-ruido ).
Hay muchas formas de fabricar una antena de alta ganancia; las más comunes son las antenas parabólicas , las antenas helicoidales , las antenas Yagi-Uda y los conjuntos en fase de antenas más pequeñas de cualquier tipo. Las antenas de bocina también se pueden construir con alta ganancia, pero se ven con menos frecuencia. Aún son posibles otras configuraciones: el Observatorio de Arecibo utilizó una combinación de un avance de línea con un enorme reflector esférico (a diferencia de un reflector parabólico más habitual), para lograr ganancias extremadamente altas en frecuencias específicas.
La ganancia de antena a menudo se cita con respecto a una antena hipotética que irradia por igual en todas las direcciones, un radiador isotrópico . Esta ganancia, medida en decibelios , se denomina dBi. La conservación de energía dicta que las antenas de alta ganancia deben tener haces estrechos. [4] Por ejemplo, si una antena de alta ganancia hace que un transmisor de 1 vatio parezca un transmisor de 100 vatios, entonces el haz puede cubrir como máximo1/100del cielo (de lo contrario, la cantidad total de energía irradiada en todas direcciones sumaría más que la potencia del transmisor, lo cual no es posible). A su vez esto implica que las antenas de alta ganancia deben ser físicamente grandes, ya que según el límite de difracción , cuanto más estrecho sea el haz deseado, mayor debe ser la antena (medida en longitudes de onda).
La ganancia de la antena también se puede medir en dBd, que es la ganancia en decibeles en comparación con la dirección de intensidad máxima de un dipolo de media onda. En el caso de las antenas tipo Yagi, esto equivale más o menos a la ganancia que uno esperaría de la antena bajo prueba menos todos sus directores y reflector. Es importante no confundir dB i y dB d ; las dos se diferencian en 2,15 dB, siendo la cifra de dBi mayor, ya que un dipolo tiene 2,15 dB de ganancia respecto a una antena isotrópica.
La ganancia también depende de la cantidad de elementos y de la afinación de esos elementos. Las antenas se pueden sintonizar para que resuenen en una gama más amplia de frecuencias pero, en igualdad de condiciones, esto significará que la ganancia de la antena es menor que la de una sintonizada para una sola frecuencia o un grupo de frecuencias. Por ejemplo, en el caso de antenas de TV de banda ancha, la caída de ganancia es particularmente grande en la parte inferior de la banda de transmisión de TV. En el Reino Unido, este tercio inferior de la banda de televisión se conoce como grupo A. [5]
Otros factores también pueden afectar la ganancia, como la apertura (el área de la que la antena recoge la señal, casi en su totalidad relacionada con el tamaño de la antena, pero para antenas pequeñas se puede aumentar agregando una varilla de ferrita ) y la eficiencia (nuevamente, afectada por el tamaño). sino también la resistividad de los materiales utilizados y la adaptación de impedancias). Estos factores son fáciles de mejorar sin ajustar otras características de las antenas o, coincidentemente, mejorarse mediante los mismos factores que aumentan la directividad, por lo que normalmente no se enfatizan.
Las antenas de alta ganancia suelen ser el componente más grande de las sondas del espacio profundo, y las antenas de radio de mayor ganancia son estructuras físicamente enormes, como el Observatorio de Arecibo . La Deep Space Network utiliza antenas parabólicas de 35 m en longitudes de onda de aproximadamente 1 cm. Esta combinación proporciona una ganancia de antena de aproximadamente 100.000.000 (u 80 dB, como se mide normalmente), lo que hace que el transmisor parezca aproximadamente 100 millones de veces más fuerte y el receptor aproximadamente 100 millones de veces más sensible, siempre que el objetivo esté dentro del haz . Este haz puede cubrir como máximo una cienmillonésima parte (10 −8 ) del cielo, por lo que se requiere una orientación muy precisa.
El uso de comunicación de ondas milimétricas y de alta ganancia en la ganancia WPAN aumenta la probabilidad de programación simultánea de transmisiones que no interfieran en un área localizada, lo que resulta en un inmenso aumento en el rendimiento de la red. Sin embargo, la programación óptima de la transmisión simultánea es un problema NP-Hard . [6]
![Antena Holmdel Horn en Holmdel, Nueva Jersey (década de 1960). Construido para respaldar el programa de comunicación por satélite Echo,[7] se utilizó posteriormente en experimentos que revelaron el fondo cósmico de microondas que impregna el universo.[8]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f7/Horn_Antenna-in_Holmdel,_New_Jersey_-_restoration1.jpg/1280px-Horn_Antenna-in_Holmdel,_New_Jersey_-_restoration1.jpg)
