Ganho de antena (dBi/dBd) mede quão efetivamente uma antena concentra potência radiada numa direção específica comparada a referência isotrópica (dBi) ou dipolo (dBd). É função de geometria, física e ambiente.
1. Design e Geometria da Antena
- Tipo: Parabólica (25–40+ dBi), Yagi (6–20 dBi), Patch (6–9 dBi), Dipolo (2,15 dBi), Monopolo (0–5 dBi), Array Faseado (escalável).
- Tamanho / Abertura (relativo a λ): Ganho ∝ (Área Física / λ²) × Eficiência. Abertura maior = feixe mais estreito = maior ganho.
- Formato e Precisão Superficial: Precisão paraboloide (erro RMS < λ/20) crítico para alto ganho. Deformações espalham energia.
- Configuração de Array: Espaçamento elementos (tipicamente 0,5–1λ), defasagem (deslocamento progressivo de fase), e número de elementos (N) determinam fator de array. Ganho ≈ 10log₁₀(N) + ganho elemento (ideal).
2. Frequência de Operação
- Ganho é dependente de frequência. Antena de tamanho fixo tem maior ganho em frequências maiores (λ menor → maior tamanho elétrico).
- Trade-off Largura de Banda vs. Ganho: Designs narrowband atingem maior ganho de pico.
3. Propriedades dos Materiais
- Condutividade: Cobre, alumínio, banho ouro reduzem perdas ôhmicas (I²R). Supercondutores → perda near-zero (criogênico).
- Constante Dielétrica (εᵣ) e Tangente de Perda (tan δ): Materiais substrato (PCB, radome, lente) afetam perdas de onda superficial e casamento de impedância.
4. Fatores Ambientais
- Plano de Terra / Efeitos Solo: Teoria da imagem — reflexão no solo adiciona construtivamente (aumento ganho) ou destrutivamente (nulos) dependendo altura/λ e condutividade do solo.
- Obstruções Próximas: Prédios, torres, vegetação espalham/absorvem → reduzem ganho efetivo nas direções afetadas.
- Estrutura de Montagem: Mastro, torre, carroceria viram parte do sistema antena — alteram padrão/ganho.
5. Mecanismos de Perda (Reduzem Ganho Realizado)
- Perda Ôhmica (Condutor): Condutividade finita → calor.
- Perda Dielétrica: Absorção substrato/isolante.
- Perda por Descasamento (Return Loss): Descasamento impedância no ponto de alimentação (VSWR > 1:1) reflete potência. 1,5:1 VSWR = 0,18 dB perda; 2:1 = 0,51 dB.
- Perda Rede Alimentação: Linhas feed corporativas, híbridos, defasadores em arrays.
Equação de Design (Antenas Abertura)
G = η × (4πA / λ²) onde η = eficiência abertura (0,5–0,8 típico), A = área física.
Maximizar ganho = abertura grande e precisa + materiais baixa perda + bom casamento + ambiente favorável. Cada dB custa tamanho, peso, complexidade ou largura de banda.
