¿Es posible diseñar una antena GSM/GPRS que tenga una ganancia de 3dBi? si no, ¿cuál es la ganancia máxima posible con una antena grabada GSM/GPRS de PCB?
Estoy pensando en un PCB de 11 cm de largo y 5 cm de ancho. Si es necesario, se puede utilizar FR4 de material de calidad superior para PCB. Solo quiero saber si es posible.
Sí, por supuesto que es posible. Solo tenga en cuenta que las antenas no son mágicas. Un perfectamente isotrópico (patrón de recepción esférico) no puede ser mejor que 0dBi. Cualquier antena con una ganancia superior a la unidad lo hace teniendo una ganancia inferior a la unidad en ciertas direcciones mientras que tiene una ganancia superior a la unidad en otras. Ya sabes, el patrón de ganancia.
Me gusta pensar en las antenas como algo análogo a la copa reflectora en una linterna: en realidad no aumenta la cantidad de luz que emite la bombilla de una linterna, simplemente la concentra en un cono. Las antenas son similares.
Entonces, ¿puedes crear una antena que tenga una ganancia de ~3dBi para frecuencias celulares? Definitivamente. Podría crear una antena de PCB que tenga una ganancia superior a 11dBi (haciendo una antena de estilo yagi usando trazas de PCB) si lo desea. El pcb sería enorme, y la direccionalidad requeriría que lo apuntaras directamente a la torre celular, pero funcionaría, seguro.
En cuanto a algo práctico, una antena de estilo dipolo/látigo simple, pero en una placa de circuito impreso, se hace fácilmente y debería obtener 2dBi fácilmente, aunque a costa de un patrón de radiación toroidal. Sin embargo, este patrón de radiación se adapta bien al uso de la red celular, siempre que la orientación sea bastante constante. Este es el mismo patrón de radiación que tienen la mayoría de los enrutadores y receptores wifi.
Un dipolo de 1/2 onda (solo google dipolo de pcb para tener una idea de las geometrías bastante abundantes que se pueden usar en una pcb para implementar un dipolo) debería darle una ganancia de 2dBi-2.1dBi fácilmente. A 1800 MHz, una frecuencia GSM típica, esto requeriría (en la geometría de recepción más eficiente pero también en el tamaño menos eficiente) aproximadamente 8,3 cm de longitud de traza de cobre en línea. En otras palabras, su pcb debería tener, en su parte más larga, un poco más de 8,3 cm.
La forma más fácil de obtener una ganancia de 3dBi sería simplemente una matriz colineal de 2 elementos. Estos son simplemente dos dipolos de 1/2 onda en el mismo plano. Desafortunadamente, esto requeriría una placa de circuito impreso de aproximadamente 17 cm de largo. Sin embargo, obtendría el doble de ganancia frente a un solo dipolo, lo que equivale a aproximadamente 3dBi.
Entonces, sí, no solo es posible, sino bastante trivial dependiendo de qué tan grande esté dispuesto a llegar. Estoy seguro de que existen geometrías más eficientes con patrones de radiación igualmente aceptables, cualquiera de los cuales podría implementarse en forma de PCB. Y a 1800 MHz, la pérdida dieléctrica del FR4 es lo suficientemente pequeña como para ignorarla en estas escalas.
En teoría, podría simplemente escalar cualquiera de las geometrías de antena de pcb de 3dBi de 2,4 GHz fácilmente disponibles a la longitud de onda de 1800 MHz (o lo que sea) y obtener resultados similares.
dave