¿Por qué el ancho de banda de una antena de parche disminuye con su tamaño?

Question

Suelo utilizar una antena de parche más grande (25 mm) en los circuitos de los receptores GPS/GLONASS. Como probablemente sabes, las bandas L1 de GPS y GLONASS están separadas por unos 25 MHz.

Para aplicaciones en las que quiero poder ver ambos sistemas de satélites, normalmente tendré la antena sintonizada para unos 1590 MHz, que está aproximadamente entre las dos frecuencias centrales L1.

Esto se vuelve más complicado con las antenas de menor tamaño. De las conversaciones con mi proveedor de antenas, me recomiendan que me quede con la antena lineal de banda ancha (antena de chip) frente a una antena de parche más pequeña con polarización circular (microtiras rectangulares) porque la Ancho de banda disminuye mucho a medida que se reduce el tamaño.

¿Pero por qué?

Me gustaría explicárselo a mi jefe en términos sencillos, pero poder respaldarlo con algo de teoría de antenas o alguna fórmula que describa la relación entre ganancia, tamaño y ancho de banda.

Answer 1

En primer lugar, la banda L1 va de 1563 MHz a 1587 MHz (ancho de banda = 24 MHz). Los 1590 MHz caen en E1, que es la banda de GALILEO.

En términos sencillos: la longitud de onda disminuye con el aumento de la frecuencia.

En la teoría de las antenas, "para una radiación eficaz de la energía electromagnética, la antena radiante debe ser del orden de una décima parte o más de la longitud de onda de la señal radiada", lo que puede formularse como:

Tamaño = λ/10, donde λ es la longitud de onda

Por tanto, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda y, por tanto, el tamaño de la antena. Hagamos el cálculo para tu caso: (f=1590 MHz)

λ = c/f = 2,998*10^8 / 1590 * 10^6 = 0,18855 m = 18,855 cm ~ 19 cm

Tamaño = λ/10 = 19/10 = 1,9 cm (que es bastante pequeño en comparación con la antena de parche GPS estándar de 25 cm)

Además, para entender la relación total entre el tamaño, la ganancia y el ancho de banda, los cálculos teóricos son en su mayoría diferentes de la experiencia práctica. Este enlace ofrece una buena visión de la cuestión. Por supuesto, es el límite de Chu-Harrington como se sugiere en el comentario primario.