O que é um padrão de antena?

O que é um padrão de antena?

O diagrama de padrão de antena, também conhecido como padrão de radiação ou padrão de campo distante, não fornece ganho de antena; produz um coeficiente de diretividade. Ganho da antena = coeficiente de diretividade × eficiência da antena. Portanto, o coeficiente de diretividade é sempre maior que o ganho.

G=D*N%.

Como a eficiência da antena geralmente não é 100%, G < d. Ao calcular a diretividade da antena D, é comum usar a largura do feixe do lóbulo principal conforme mostrado no padrão de radiação, como a largura do feixe de meia potência - ou seja, a largura do feixe na qual o nível do sinal cai 3 dB.

Ganho da Antena

O ganho da antena refere-se à razão entre a densidade de potência do sinal gerada por uma antena real e aquela gerada por um elemento radiante ideal no mesmo ponto do espaço, sob condições de potência de entrada igual. Descreve quantitativamente o grau em que uma antena concentra a radiação da potência de entrada. O ganho está claramente relacionado ao padrão da antena; quanto mais estreito o lóbulo principal e menores os lóbulos laterais, maior será o ganho. O ganho da antena é usado para medir a capacidade de uma antena transmitir e receber sinais em uma direção específica; é um dos parâmetros mais importantes na seleção de antenas para estações base. Geralmente, o aumento do ganho depende principalmente da redução da largura do feixe no plano vertical, mantendo o desempenho da radiação omnidirecional no plano horizontal. O ganho da antena é fundamental para a qualidade operacional dos sistemas de comunicação móvel, pois determina o nível do sinal no limite da célula. O aumento do ganho pode expandir a cobertura da rede em uma direção específica ou aumentar a margem de ganho dentro de uma área definida. Como qualquer sistema celular é um processo bidirecional, aumentar o ganho da antena reduz simultaneamente a margem de orçamento de ganho para o sistema bidirecional. Além disso, o ganho da antena é expresso em dBd e dBi. dBi representa o ganho relativo a uma antena de fonte pontual, que irradia uniformemente em todas as direções; dBd representa o ganho relativo a uma antena dipolo simétrica, onde dBi = dBd + 2,15. Sob condições idênticas, quanto maior o ganho, mais longe as ondas de rádio viajam. Geralmente, o ganho da antena para uma estação base direcional GSM é de 18 dBi, enquanto que para umaestação base omnidirecional é de 11 dBi.

Características dos parâmetros do padrão da antena:

Para facilitar as comparações das características do padrão de radiação de várias antenas, certos parâmetros característicos devem ser definidos. Estes incluem principalmente: largura do lóbulo principal, nível do lóbulo lateral, relação frente-trás e diretividade, entre outros.
1. Largura do lóbulo principal: Uma quantidade física que mede a nitidez da região de radiação máxima de uma antena. É normalmente definido como a largura entre os dois pontos de meia potência do lóbulo principal no padrão de radiação da antena.
2. Nível do lóbulo lateral: Refere-se ao nível do primeiro lóbulo lateral mais próximo do lóbulo principal e com nível mais alto; geralmente é expresso em decibéis.
3. Relação frente-trás: Esta é a relação entre o nível de radiação na direção da radiação máxima (dianteira) e aquele na direção oposta (traseira), normalmente medido em decibéis.
4. Coeficiente direcional: A uma determinada distância da antena, esta é a razão entre a densidade do fluxo de potência de radiação na direção da radiação máxima e a densidade de fluxo de potência de radiação de uma antena omnidirecional ideal com a mesma potência de radiação na mesma distância.

Traçando um padrão de antena

Um padrão de antena é uma representação gráfica da relação entre as características de radiação de uma antena (amplitude de campo, fase e polarização) e ângulos espaciais. Um padrão completo é uma figura espacial tridimensional, conforme mostrado na Figura 3.1. É traçado medindo as características da radiação ponto a ponto em uma superfície esférica com raio r suficientemente grande, com o centro de fase da antena como o centro da esfera (a origem do sistema de coordenadas). Medir a amplitude do campo produz o padrão de amplitude do campo; medir a potência produz um padrão de potência; medir a polarização produz um padrão de polarização; e medir a fase produz um padrão de fase. A menos que especificado de outra forma, todas as referências a “padrões” neste livro referem-se a padrões de amplitude de campo. Mapear padrões tridimensionais é bastante complicado; na prática, geralmente é suficiente medir os padrões nos planos horizontal e vertical (ou seja, os planos XY e XZ)

Os padrões de radiação da antena podem ser plotados usando coordenadas polares ou coordenadas cartesianas. Os gráficos de coordenadas polares são intuitivos e simples, permitindo que as características de distribuição espacial do campo de radiação da antena sejam observadas diretamente a partir do gráfico. Entretanto, quando o lóbulo principal de um padrão de antena é estreito e os níveis dos lóbulos laterais são baixos, o método de coordenadas cartesianas oferece maiores vantagens. Isto ocorre porque tanto o eixo horizontal (representando o ângulo) quanto o eixo vertical (representando a intensidade da radiação) podem ser escolhidos arbitrariamente; por exemplo, mesmo uma largura de lóbulo principal inferior a 1° pode ser claramente representada, enquanto isso é impossível com coordenadas polares. A Figura 2 mostra as duas representações de coordenadas do mesmo padrão de antena.

Representação do diagrama de direções da Figura 2: (a) Coordenadas polares; (b) Coordenadas retangulares

Os padrões polares são geralmente plotados em uma escala normalizada, o que significa que o comprimento radial (em coordenadas polares) ou a coordenada y (em coordenadas cartesianas) é expresso como a intensidade relativa do campo E(θ, φ)/Emax, onde E(θ, φ) é a intensidade do campo em qualquer direção e Emax é a intensidade do campo na direção da radiação máxima. Portanto, o máximo normalizado é 1. Para antenas com níveis de lóbulo lateral extremamente baixos, o padrão de radiação é geralmente expresso em decibéis, com o máximo normalizado definido como 0 dB. A Figura 3 mostra o padrão de radiação da mesma antena expresso tanto em intensidade de campo normalizada quanto em decibéis em coordenadas cartesianas.