Ganancia

Ganancia

La ganancia es una relación o cociente entre dos magnitudes físicas iguales (energías, potencias, tensiones, etc.), es decir un número adimensional que puede ser mayor, menor o igual a la unidad.

La ganancia de una antena se expresa tomando como referencia la energía radiada de una antena estándar. Las dos referencias más comunes son la antena isotrópica y la antena dipolo resonante de media longitud de onda. 

 La antena isotrópica irradia en todas las direcciones con la misma intensidad. Esta antena no existe, pero sirve como patrón técnico sencillo con el que se comparan las antenas reales ya que cualquier antena real va a irradiar más energía en algunas direcciones que en otras.

Antena isotrópica

Se define como una antena hipotética puntual en el espacio libre que irradia energía de manera uniforme en todas las direcciones. El flujo de energía radiada por unidad de tiempo y de área conocida como Vector de Poynting o Densidad de potencia [W/m2], está dado por:

 

E es la intensidad del vector campo eléctrico [V/m] y H la intensidad del vector campo magnético [A/m] y solo tiene componente radial para una fuente puntual. La potencia aplicada por dicha antena se repartirá uniformemente en el área de una esfera, y la densidad de potencia para el radiador isotrópico, a una distancia d será:

P = Densidad de potencia [Watts/m2] 

Pt = Potencia en los terminales de la antena

El denominador es la superficie de la esfera [m2]

Las antenas reales no crean energía dado que la potencia total irradiada es la misma que la de una antena isotrópica. La energía favorecida en una dirección es consecuencia de menos energía en otra dirección.

La ganancia de una antena en una dirección dada es la cantidad de energía radiada en esa dirección comparada con la energía que podría radiar una antena isotrópica en la misma dirección, alimentada con la misma energía de una fuente.

Lo que interesa generalmente es la ganancia máxima en la dirección hacia la cual la antena está radiando la mayor potencia. Si una antena real tiene una ganancia de potencia de 3 dB en una determinada dirección comparada con una antena isotrópica debe expresarse como 3 dBi.

El dipolo resonante de media longitud de onda también es un estándar útil para compararlo con otras antenas reales para una frecuencia dada o sobre una banda estrecha de frecuencias. Si la ganancia de potencia de una antena es de 3 dB en una determinada dirección comparada con el dipolo resonante de media onda debe ser expresada como 3 dBd.

Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia

Ambos términos se refieren a la capacidad de una antena para concentrar la energía en cierta dirección. Si se suministra la misma potencia a una antena cualquiera y también a una antena isotrópica, la Ganancia Directiva D (o directividad) de la primera antena, se obtiene mediante la relación:

La Ganancia de Potencia G, se define como la relación entre la potencia radiada que debe emitir un radiador isotrópico para obtener una intensidad de campo en cierto punto, y la potencia eléctrica que se debe suministrar a la antena directiva, para obtener la misma intensidad de campo.

Las dos definiciones anteriores aparentan ser iguales, pero la diferencia es que la Ganancia de Potencia considera las pérdidas óhmicas, es decir:

En algunos textos se dice que estas dos ganancias son prácticamente iguales en antenas de VHF y UHF, pero se debe tener cuidado de no manejarlas en forma indistinta

La ganancia suele expresarse en decibeles si nos referimos a potencias tomando como referencia el radiador isotrópico como:

 Si nos referimos a las intensidades de campo eléctrico:

La ganancia de un dipolo de media onda en el espacio libre respecto a un radiador isotrópico es de 1,64 que representa una ganancia de 2.15 dBi, o sea que posee una capacidad de concentrar 2.15 dB en una sola dirección de máxima radiación comparado con una antena isotrópica. De igual manera, si tomamos como referencia al dipolo de media onda: