Draft:Diagrama de radiación
| Clarification activity | Radiación y propagación |
| Author(s) | Sunil Quintero Hernandez |
| Creation date | 22 dic 2025 |
| Status | 🟢 Necesita mejoras |
| Reviews | Rev.1 |
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Observaciones de revisión: Este artículo requiere las mejoras indicadas a continuación:
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Definición
El diagrama de radiación de una antena es la representación gráfica de cómo varía la intensidad de radiación o el campo electromagnético radiado por la antena en función de la dirección en el espacio. Describe, por tanto, en qué direcciones la antena radia más o menos potencia.
Matemáticamente, el diagrama suele expresarse mediante la intensidad de radiación U(θ,φ) o mediante el módulo del campo eléctrico E(θ,φ), donde θ y φ son los ángulos polares en coordenadas esféricas.
En la práctica se representa un patrón normalizado, esto es, dividido por su valor máximo, de forma que la dirección de máxima radiación toma valor unidad (0 dB).
Representaciones habituales
Los diagramas de radiación pueden representarse de distintas maneras:
- Diagramas bidimensionales (2D)
- Se muestran cortes del patrón en un plano concreto, por ejemplo el plano E o el plano H.
- Pueden representarse en coordenadas polares (radio frente a ángulo) o en coordenadas cartesianas (nivel frente a ángulo).
- Diagramas tridimensionales (3D)
- Permiten visualizar el conjunto del lóbulo de radiación en el espacio.
- Se utilizan sobre todo para análisis y diseño asistido por ordenador.
Además, el nivel de radiación puede representarse:
- en escala lineal (valor normalizado entre 0 y 1), o
- en escala logarítmica, habitualmente en decibelios (dB), lo que facilita apreciar lóbulos secundarios y nulos.
Tipos de lóbulos y parámetros derivados
A partir del diagrama de radiación se definen varios conceptos importantes:
- Lóbulo principal: región del diagrama que contiene la máxima radiación.
- Lóbulos secundarios o laterales: máximos locales de menor nivel que el lóbulo principal.
- Nulos de radiación: direcciones en las que el nivel de radiación es prácticamente cero.
Del diagrama se obtienen también parámetros característicos:
- Anchura de haz a –3 dB (half-power beamwidth): intervalo angular, centrado en la dirección de máxima radiación, en el que el nivel del patrón es mayor o igual que el 50 % del máximo (–3 dB).
- Nivel de lóbulos laterales: diferencia, en dB, entre el máximo del lóbulo principal y el máximo de los lóbulos secundarios más altos.
- Relación frente–espalda (front–to–back ratio): cociente entre la radiación en la dirección principal y la radiación en la dirección opuesta.
Estos parámetros permiten comparar antenas, evaluar su capacidad de concentración de energía y su sensibilidad a interferencias procedentes de determinadas direcciones.
Relación con directividad y ganancia
El diagrama de radiación está íntimamente relacionado con la directividad y la ganancia de la antena:
- A partir de la distribución angular de la intensidad de radiación que proporciona el diagrama, puede calcularse la directividad, que mide cuán concentrada está la radiación en las direcciones de interés frente a una antena isótropa.
- Si además se tiene en cuenta la eficiencia de la antena (pérdidas óhmicas, dieléctricas, etc.), la combinación del diagrama con dicha eficiencia da lugar a la ganancia de la antena en cada dirección.
En resumen, el diagrama de radiación proporciona la información angular básica; la directividad y la ganancia son magnitudes derivadas que cuantifican esa información de forma global.
Consideraciones de medida
Normalmente el diagrama de radiación se mide o se define en la región de campo lejano de la antena, donde:
- las ondas radiadas pueden considerarse aproximadamente planas,
- la dependencia con la distancia es aproximadamente 1/r,
- la forma del patrón no depende de la distancia de observación, solo de los ángulos θ y φ.
En esta región el diagrama es independiente del sistema de alimentación y es representativo del comportamiento radiado real de la antena.
Código MATLAB para “Diagrama de radiación”
% Diagrama de radiación de un dipolo elemental
% Representación del patrón normalizado en el plano E
clear; clc;
% Ángulo polar (theta) en radianes: de 0 a pi (0º a 180º)
theta = linspace(0, pi, 1000);
% Patrón de campo de un dipolo elemental: |E(theta)| ∝ sin(theta)
E = sin(theta);
E(E < 0) = 0; % evitamos pequeños valores negativos numéricos
% Normalización del patrón (máximo = 1)
E_norm = E / max(E);
% --- Diagrama de radiación en coordenadas polares (escala lineal) ---
figure;
polarplot(theta, E_norm);
title('Diagrama de radiación normalizado de un dipolo elemental');
% En este gráfico se ve el lóbulo principal y los nulos en 0º y 180º
% --- Diagrama en escala dB (opcional, mismo patrón) ---
E_dB = 20*log10(E_norm);
E_dB(E_norm == 0) = -40; % valor mínimo para representar en dB
figure;
plot(theta*180/pi, E_dB);
xlabel('\theta (grados)');
ylabel('Nivel (dB)');
grid on;
title('Diagrama de radiación de un dipolo elemental (escala dB)');
Referencias Bibliográficas
- Balanis, C. A. (2016). Antenna theory: Analysis and design (4th ed.). Wiley.
- Cardama Aznar, A., Jofre Roca, L., Rius Casals, J. M., Romeu Robert, J., & Blanch Boris, S. (2002). Antenas (2.ª ed.). Universitat Politècnica de Catalunya.
- Kraus, J. D., & Marhefka, R. J. (2002). Antennas: For all applications (3rd ed.). McGraw-Hill.
- Sierra Castañer, M., de Haro Ariet, L., & Besada Sanmartín, J. L. (2004). Radiación y propagación. Fundación Rogelio Segovia para el Desarrollo de las Telecomunicaciones.