Patrones de Radiación de Antenas

HPBW son las siglas de Half-Power Beam Width (ancho de haz de media potencia): la anchura angular del lóbulo principal medida entre los dos puntos donde la potencia cae a la mitad (−3 dB) del pico. El arco discontinuo amarillo lo marca. Un HPBW más estrecho indica una antena más direccional con mayor ganancia.

La escala lineal dibuja el radio proporcional a la raíz cuadrada de la potencia, lo que resalta el lóbulo principal. La escala en decibelios es logarítmica (10·log₁₀ de la ganancia, mostrada hasta −40 dB), lo que comprime el rango dinámico para que los lóbulos laterales débiles y los nulos se hagan visibles. Los ingenieros de antenas casi siempre trabajan en dB.

El factor de array es la magnitud de la suma de fasores exp(j·n·(2π·d·cos(θ−90°)+β)) sobre todos los N elementos, normalizada por N². Al elegir la fase progresiva β, el pico de interferencia constructiva se desplaza al ángulo deseado, y al multiplicarlo por el patrón de un elemento se obtiene el resultado completo.

El control deslizante de frecuencia solo actualiza la longitud de onda mostrada (λ = 30/f cm) a modo de contexto. Las funciones de patrón se expresan en unidades eléctricas, como longitudes de onda de separación, por lo que ya son independientes de la frecuencia en esta vista normalizada. Las antenas reales sí cambian con la frecuencia en relación con su tamaño físico fijo.

Usan modelos idealizados de forma cerrada estándar: el campo analítico del dipolo, una aproximación end-fire para el Yagi, un parche de radiación frontal con cos³ y un factor de array riguroso para el array en fase. Suponen una eficiencia del 100% e ignoran el acoplamiento mutuo, las pérdidas de alimentación y los efectos del suelo, por lo que son excelentes para enseñar pero no sustituyen una simulación electromagnética completa.

Un array más largo abarca una apertura mayor, por lo que su factor de array tiene picos constructivos más agudos y nulos más profundos. A medida que aumenta el número de elementos, el lóbulo principal se estrecha y la ganancia aumenta aproximadamente en proporción a N, mientras aparecen más lóbulos laterales. La simulación muestra esto directamente al arrastrar el control deslizante de elementos.

Los dipolos y monopolos sirven a la radio FM y a los teléfonos móviles, los Yagi son comunes en la recepción de TV y la radioafición, los parches se encuentran en receptores GPS y dispositivos Wi-Fi, y los arrays en fase alimentan radares, comunicaciones por satélite y estaciones base 5G de MIMO masivo que dirigen haces a usuarios individuales.