Tecnología Electrónica

Ganancia de antena vs. Ancho de haz: Por qué 44 dBi no da el ancho de haz

La ganancia y el ancho de haz están relacionados — pero no se determinan de forma única

Una antena con 44 dBi de ganancia es altamente direccional (≈ 25,000× concentración de potencia vs. isotrópica). Sin embargo, no se puede calcular el ancho de haz solo a partir de la ganancia, incluso asumiendo una apertura circular. La relación depende de la eficiencia de apertura, el cón de iluminación y el diseño de lóbulos secundarios.

Relación fundamental (Antenas de apertura)

Para una antena de apertura (plato parabólico, bocina, lente):

G = η (π D / λ)² y HPBW ≈ k λ / D

Combinando: HPBW ≈ k √(4π η / G)

  • η = eficiencia de apertura (típicamente 0.55–0.75 para platos).
  • k = factor de forma: 58°–70° para iluminación uniforme; 65°–75° para cón (lóbulos secundarios más bajos).
  • G = ganancia lineal (no dB). 44 dBi = 104.4 ≈ 25,119.

Ejemplo de cálculo (Plato parabólico, η = 0.65, k = 70°)

HPBW ≈ 70° × √(4π × 0.65 / 25119) ≈ 70° × √(0.000325) ≈ 70° × 0.018 ≈ 1.26°

Por qué esto es solo una estimación

Tipo de antenaη típicok típicoHPBW @ 44 dBi
Plato parabólico (foco primario)0.55–0.6058°–65°1.1°–1.3°
Plato parabólico (gregoriano/cassegrain)0.65–0.7565°–70°1.2°–1.4°
Matriz faseada (plana)0.50–0.6550°–65°1.1°–1.5°
Bocina (piramidal)0.50–0.6055°–65°1.1°–1.4°
Yagi-Uda (bastón largo)N/A (no es de apertura)N/A~3°–5° (planos E/H difieren)

Información crítica faltante

  1. Tipo de antena: Plato, matriz, bocina, Yagi, hélice — cada uno tiene diferentes física de ganancia/ancho de haz.
  2. Frecuencia / Longitud de onda: 44 dBi a 1 GHz → D ≈ 3.5 m. A 30 GHz → D ≈ 0.12 m. El ancho de haz escala con λ/D.
  3. Cón de iluminación: Cón en el borde (-10 dB, -12 dB) intercambia lóbulos secundarios por haz más ancho.
  4. Requisitos de lóbulos secundarios: Lóbulos secundarios bajos (p. ej., -30 dB) requieren cón más pesado → haz más ancho para la misma ganancia.
  5. Polarización / Ángulo de escaneo: Las matrices faseadas ensanchan el haz fuera del boresight (pérdida de escaneo).

Cómo obtener el ancho de haz real

  • Hoja de datos del fabricante: Patrones de plano E / plano H, ganancia, lóbulos secundarios, VSWR.
  • Simulación EM: HFSS, CST, FEKO, NEC-4/5 con geometría exacta.
  • Medición de campo lejano: Cámara anecoica o rango al aire libre (corte de patrón).

Conclusión

44 dBi implica un haz estrecho (~1–5° dependiendo del tipo), pero el valor exacto requiere el diseño físico de la antena, la frecuencia y los parámetros de iluminación. La ganancia por sí sola es insuficiente.

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