¿Por qué son deseables las antenas con alta ganancia direccional?

Las antenas de mayor ganancia permiten que las radios se comuniquen a distancias más largas y a mayores capacidades.

Distancia aumentada
La ganancia de la antena logra la direccionalidad: al aumentar la ganancia, la potencia de salida de la radio se enfoca en una dirección específica, en lugar de irradiarse isotrópicamente. Igualmente en el receptor, una antena de alta ganancia puede capturar más de la señal deseada. Estos aumentos en el nivel de señal pueden aumentar la capacidad de alcance de la radio.

Mayor capacidad
Cuando se requieren anchos de banda altos, una antena de mayor ganancia puede entregar una mayor relación señal / ruido en el receptor, lo que con una modulación adecuada puede permitir una mayor capacidad para la misma distancia y tipo de equipo.

Direccionalidad
Las antenas de alta ganancia implican más señales direccionales que las antenas de menor ganancia. Para un enlace fijo, estas antenas generalmente requieren una alineación precisa entre los terminales. Un ejemplo a continuación muestra
Para dispositivos móviles, las antenas del sector de alta ganancia en la estación base están diseñadas para proyectar la señal horizontalmente para maximizar la cobertura y la penetración en el edificio.

Interferencia incrementada
Un resultado posiblemente no deseado del uso de antenas de mayor ganancia es que un receptor de radio “verá” las señales de más fuentes de distancia. En bandas sin licencia abarrotadas como 2.4 e incluso 5GHz, esto aumenta el ruido en el receptor, lo cual no es deseable. Por lo tanto, una mayor ganancia en bandas sin licencia no siempre se traduce en un mayor alcance o mayor capacidad.

Ejemplos del mundo real

Antenas de microondas parabólicas:
Un enlace de CableFree Microondas implementado para el proveedor de servicios de Internet en el Medio Oriente. La antena de alta ganancia de 1,2 m (120 cm, 3 pies) permite que este enlace transporte más de 880 Mbps full duplex a distancias de 30 km en la banda de microondas de 11 GHz. Una antena más pequeña correspondería a una distancia menor y / o menor capacidad.

Antenas sectoriales para comunicaciones móviles
Antenas sectoriales de alta ganancia en una estación base CableFree LTE-Advanced implementada en el Medio Oriente. Estas antenas sectoriales emiten señales horizontalmente (cada una de aproximadamente 120 grados), pero muy poco verticalmente (3-4 grados). Esta configuración maximiza el alcance, la cobertura y la capacidad de la estación base a las unidades de abonado.

Antenas omnidireccionales para WiFi
Un enrutador / estación base WiFi Mesh al aire libre sin cables con 2 interfaces de radio. Se muestran antenas omnidireccionales de “látigo”. Estos son de ganancia relativamente baja (4–5 dBi) y cada antena ofrece cobertura 360 desde la radio a los dispositivos WiFi locales. Las antenas están en pares para la operación MIMO 2 × 2. Se pueden instalar antenas omnidireccionales de mayor ganancia (físicamente más grandes) para una cobertura de mayor alcance.

Esto depende del área de cobertura deseada del sistema de antena.

Un sistema direccional es más deseable solo si: (cualquiera o todos pueden aplicar)

  1. desea cobertura solo de un área específica
  2. está intentando reducir la interferencia con estaciones o equipos vecinos
  3. instalas un método de rotación que te permite cambiar el área de cobertura

Un sistema direccional enfoca la energía de radio, aumentando así la transmisión y recepción en la dirección preferida al disminuirla en direcciones no deseadas.

Ahora, incluido yo mismo, un sistema omnidireccional puede ser el preferido si se desea una cobertura de 360 ​​°.

La policía, bomberos, ambulancias, aeropuertos, instalaciones de remolque y similares tendrán estas configuraciones porque necesitan poder comunicarse desde todas las direcciones.

Por lo tanto, uno es más deseable que el otro si se adapta mejor a las necesidades del operador.

El propósito de una antena direccional en comparación con una antena omnidireccional es mejorar la relación señal / ruido + interferencia. Si una señal no es lo suficientemente fuerte como para ser detectada confiablemente por una ganancia de antena omnidireccional, se requiere. Si la señal es muy débil en comparación con el nivel de ruido + interferencia y no puede detectarse mediante un procesamiento inteligente, puede ser necesaria una antena de “alta” ganancia. La alta ganancia no es gratis. Si la antena está fija en el espacio, es mejor apuntarla en la dirección correcta. Un ejemplo es una antena parabólica de TV que puede apuntar en la dirección de un satélite geosíncrono conocido. Los aeropuertos utilizan antenas de radar direccionales para detectar los ecos de las señales transmitidas. En este caso se usa una antena giratoria. Además, dado que el tamaño de una antena depende de la frecuencia, una antena de alta ganancia puede ser muy grande.

Una antena omnidireccional no es menos deseable, tiene características diferentes.

Las antenas direccionales se extienden más a lo largo de sus ejes de dirección, pero no llegan tan lejos en otras direcciones. Por “extender la mano” quiero decir que puede enviar señales más lejos y recibir señales más débiles (señales desde una distancia mayor).

Una antena omnidireccional podría captar una estación perfectamente clara, mientras que una antena direccional podría no captarla a menos que apunte directamente a ella.

La audición humana es ligeramente direccional: puede escuchar un sonido débil mejor si mira directamente a la fuente. Si escuchó a través de una tubería apuntando directamente a la fuente, es posible que escuche aún mejor, pero si la tubería apuntara en una dirección ligeramente diferente, digamos un octavo de círculo de distancia, es posible que no escuche nada.

Algunos radioaficionados usan antenas omnidireccionales para escuchar una estación distante lo suficientemente alta como para escuchar dónde está (las estaciones identifican su ubicación aproximada) y luego apuntan una antena direccional a la estación distante para poder comunicarse claramente.

Las antenas omnidireccionales son más simples y generalmente menos costosas.

Para un transmisor, una antena de mayor ganancia significa que se puede usar un amplificador de menor potencia. Para un receptor significa que el sistema se vuelve más sensible. También reduciría la interferencia de los sistemas adyacentes.

En algunas situaciones se utilizan para enfocar una transmisión o recepción de radio en una dirección más concentrada. Piensa en la diferencia entre una bombilla y un láser y obtienes las ideas.