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GANANCIA y POTENCIA
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En algunas ocasiones cuando hablamos de la ganancia de una antena, o la potencia de un equipo, nos ha surgido la duda de la interrelación de estos dos conceptos, creandonos cierta confusión, es por lo que vamos a tratar de una forma sencilla y con algun ejemplo práctico intentar de comprender dicha relación.
LA GANANCIA EN ANTENAS
Una Antena es un elemento mecánico de longitud perfectamente definido, colocado al final de la línea de transmisión y que tiene la función de irradiar al espacio la señal producida por el equipo emisor ( Tx ), y en el caso receptor ( Rx ) el de captar y concentrar las señales hacia este último. En una estación de radio, la antena es un elemento que tiene una interrelación con todo lo que le rodea, por lo cuál su comportamiento es dificil de predecir, por lo que una antena ajustada en un lugar determinado puede comportarse de forma diferente al cambiar las condiciones de ubicación e instalación, siendo necesario un reajuste posterior. Una antena es un circuito resonante a una frecuencia determinada.
El Decibel o Decibelio, "dB" como hemos visto en el apartado dedicado a él, es una relación logarítmica y que utilizamos para medir ganancias, bién de antenas, como de sistemas de audio, y ello para relacionar un cierto grado de amplificación determinado. Aunque hay fabricantes de antenas que usan diferentes modos de indicar la ganancia de sus productos, produciendo con ello un cierto grado de desconcierto entre los radioaficionados al indicar en dBi la ganancia de sus fabricados.
EL RADIADOR ISOTROPICO
Cuando hablamos de antenas y de sus ganancias, al pricipio se tuvieron que basar en algo con lo que compararlo, por este motivo se ideó una antena imaginaria omnidireccional a la que llamó radiador isotrópico, de 0 dB de ganancia y y que irradiase la señal en todas la direcciones, como si este fuese una esfera perfecta, aunque en la práctica esto es dificil conseguirlo, puesto que cuando se conforma un determinado tipo de antena, la esfericidad del radiador isotrópico no se puede obtener, es entonces cuando el dipolo ideal colocado a una altura del suelo de media longitud de onda, nos muestra entonces una ganancia de 2.15 dB en el sentido perpendicular de sus brazos, conformando un lóbulo de radiación similar a un 8, teniendo el mayor grado de intensidad y menor tensión en el centro del dipolo.
Es entonces cuando hay quién nos da un valor en dBi, comparado con el valor isotrópico, o bién nos lo dá en dBd si lo ha hecho sobre el dipolo standar, y esto dependiendo del fabricante lo encontramos de una u otra forma, por lo que una antena dada su ganancia en dBi es más sugerente su adquisición, por ser su valor más elevado, al ser comparado con una antena imaginaria. Es entonces cuando el radioaficionado debe buscar el valor que más le interese, " dBi o dBd ", sabiendo que este último está obtenido en comparación con un dipolo standar y es más fácil compararlo por nosotros. Por esta sencilla fórmula podremos ver y comparar ambos valores ( dBd + 2.15 = dBi ) .
Ejemplo: Si el valor nos lo dan en dBi, habrá que restarle 2.15, para saber su valor en dBd.
LA GANANCIA
La Ganancia esta definida como la relación entre la Potencia de Salida y la Potencia de Entrada en dB. Una vez asumido este concepto y el que la potencia de entrada sea de unos10 mw ( +10 dBm) y que la potencia de salida de 1 W (1000mW, +30 dB), la relación podría ser 1000/10 = 100, y que esta ganacia seria ( 10 * log 100 = 20 dB).
La definición para 1 mW es 0 dB, y para 1 W (1000mW) es 10* log 1000 = +30dBm.
Ahora bién nos puede resultar más fácil el calcular la Ganancia, convirtiendo primero la Potencia en dBm, así por ejemplo esta sería en un amplificador (30-10 = 20 dB). Siendo normalmente usado el describir a la Potencia en dBm y la Ganancia en dB.
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10 mW
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+ 10 dBm
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100 mW
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+ 20 dBm
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1000 mW
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+ 30 dB m
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100 W
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+ 50 dBm
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La Ganancia de una antena es, reflejado en un sistema de medidas, como la tendencia a concentrar la señal de resonancia en una dirección tal, hacia donde queremos sea su mayor grado de alta concentración o difusión, siendo esta medida realizada normalmente en decibelios (dB). De lo que podemos decir que una antena es altamente direccional, cuando posee una elevada ganancia, mientras que una omnidireccional tiene lo contrario.
Si hemos llegado hasta aquí, y no nos hemos aclarado mucho el tema, deberemos leer de nuevo todo despacio y quedarnos con los conceptos y sus significado, y lo principal es saber distinguir el dBd del dBi, pués cuando vamos a adquirir una antena para nuestro QTH, algún fabricante da los datos de ganancia de sus productos en dBi y al ser estos últimos superiores al dBd, nos conducen a confusión creyendo que esa antena tiene una mayor ganancia que otra que ofrece sus datos en dBd.
Si siempre has tenido dificultades para determinar a cuanto corresponde una ganancia o una atenuación en tensión o potencia expresadas en dB, con esta tabla que aparece má abajo y algun que ejemplo resolveras tus dudas y el problema.
En la tabla se representan los valores en dB y sus equivalencias
en tensión y en potencia.
Si la relacción es una GANANCIA, hay que efectuar una multiplicación.
Si es una ATENUACION, efectuaremos una división.
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Tabla de ganancia y atenuación
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dB
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Tensión
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Potencia
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0
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1.000
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1.000
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1
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1.122
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1.259
|
|
2
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1.259
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1.585
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3
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1.412
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1.995
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4
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1.585
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2.512
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5
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1.778
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3.162
|
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6
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1.995
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3.981
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7
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2.238
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5.012
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8
|
2.512
|
6.310
|
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9
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2.818
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7.943
|
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10
|
3.162
|
10.00
|
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11
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3.548
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12.59
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12
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3.981
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15.85
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13
|
4.466
|
19.95
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14
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5.012
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25.12
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15
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5.623
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31.62
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16
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6.309
|
39.81
|
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17
|
7.079
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50.12
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18
|
7.943
|
63.10
|
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19
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8.912
|
79.43
|
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20
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10.000
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100.00
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21
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11.220
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125.89
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22
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12.589
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158.48
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23
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14.125
|
199.52
|
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24
|
15.849
|
251.19
|
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25
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17.783
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316.23
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30
|
31.623
|
1.000
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35
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56.234
|
3.162
|
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40
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100.00
|
10.000
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45
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177.83
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31.162
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50
|
316.23
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100.000
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55
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562.34
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326.227
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60
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1000.0
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1.000.000
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Nota: En la tabla superior no estan representados todos los valores,
estan siguientes fórmulas las puedes utilizar para su cálculo:
- Relacción en potencia = 10 elevado (dB:10)
- Relación en tensión = 10 elevado (dB:20)
- dB en potencia = 10 x log (Ws:We)
- dB en tensión = 20 x log (Vs:Vs)
Nota: " log " es un logaritmo en base 10.
GANANCIA DE ANTENA EN TRANSMISION
Tenemos un transmisor de 6 watios, y queremos sustituir un dipolo que tenemos instalado de ganancia 0 db, por una antena direccional con una ganancia de 11 db. Queremos conocer la ganancia en potencia que obtendriamos, y si obtendriamos alguna mejora en Tx.
Si obervamos la tabla veremos que 11 db equivalen a una ganancia en potencia de 12,59, por lo tanto tendremos:
6 x 12,59 = 75,54 wts
Esto significa que si tuvieramos dos transmisores, uno de 75 wts conectado a un dipolo, y el otro a una yagui de 11db de ganancia y 6 watios de potencia, un corresponsal no notaria la diferencia de señal.
ATENUACION DE ARMONICOS
Tenemos un transmisor de 100 wts, con un segundo y tercer armonico
atenuados solo en 10 db, que causa interferencias en la TV por su elevada
potencia.
Deseamos conectar un filtro pasa-bajo con una atenuaci¢n fuera de banda
de 50 db. Queremos saber la potencia que irradiaremos.
En la tabla vemos que 10 db corresponde a un valor en potencia 10 veces mayor, por lo tanto los armonicos que irradiamos son de una potencia de:
100 : 10 = 10 watios
Aplicando un filtro con 50 db de atenuaci¢n, reduciremos esta potencia unas 100.000 veces:
10 : 100.000 = 0,0001 watios
POTENCIA DE SALIDA DE UN AMPLIFICADOR
DE BF
En nuestro amplificador de BF existe un level-meter ajustado
de modo que se obtenga a 0db una potencia efectiva de 40 wts.
Ahora queremos averiguar que potencia obtendremos cuando la aguja indica +2
db y cuando baja a -10 db.
En la tabla de los wts veremos que 2 db = 1,585 veces y 10 db = 10 veces. Por lo tanto una ganancia de 2 db equivale a un aumento de potencia igual a:
40 x 1,585 = 63,4 wts
Mientras que con una atenuaci¢n de 10 db, del altavoz saldrá una potencia igual a:
40 : 10 = 4 wts
UNIDADES dBm, dbmV (db microvolt),
dbw
Cuando se tienen potencias irrisorias, en vez de utilizar los db espreferible expresar la ganancia o la atenuaci¢n en dbm (db miliwat) o bien dbmv (db microvolt.) para las tensiones.
Teniendo: 1 miliwat. para las medidas de potencia 1 microvolt. para las medidas de tensión.
Las formulas a utilizar son:
mwt
dbm = 10 x log ( ----- )
1mwt
microV
dbmicroV = 10 x log ( -------- )
1 microV
microW
dbwat = 10 x log ( --------- )
1 microW
SALIDA DE SEÑAL DE UN PREAMPLIFICADOR DE
BF
En las caracter¡sticas de un preamplificador de BF, en lugar de encontrar la amplitud de la señal en Volt. eficaces o pico a pico, se declara simplemente:
0 dbm en 600 ohm
En nuestra tabla encontraremos que 0 db = 1, por tanto la potencia de la señal en salida ser de 1 miliwat.
Para conocer la amplitud en volt. de la señal en salida, utilizaremos
la fórmula:
___________________
Volt = û ( mw : 1000) x ohm
Por tanto tendremos:
_________________
Volt = û (1 : 1000) x 600 = 0,775 voltios eficaces
POTENCIA DE LA SEÑAL DEL
METEOSAT
La potencia del satélite Meteosat viene expresada en
dbw.
Potencia = 18,8 dbw
- Cuantos watios efectivos son 18,8 dbw ?
En nuestra tabla tenemos sólo 18 db, que corresponde a una ganancia
en potencia de 63,10. Por tanto, sabiendo que 0 db corresponde
a 1 wt, tenemos:
1 x 63,10 = 63,10 wt
Dado que el valor es 18,8, no denemos pasar por alto los decimales, puesto que 18,8 db corresponden a una ganancia en potencia de 75,86 veces.
1 x 75,86 = 75,86 wt
GENERADOR AF CON SALIDA DE dbm
Tenemos un generador AF con un atenuador de salida que lleva estas indicaciones:
+ 3 dbm, 0 dbm, -10 dbm en 50 ohmios
Con estos datos queremos saber que tensiones eficaces podemos tomar en las distintas posiciones.
+ 3 db equivale a una ganancia 1,995
0 db equivale a una ganancia de 1
-10 db equivale a una atenuaci¢n de 10
Sabiendo que 0 dbm equivale a 1 mw tenemos:
+ 3 db = 1 x 1,995 = 1,995 mw
0 db = 1 x 1 = 1 mw
-10 db = 1 : 10 = 0,1 mw
Por lo tanto las tensiones eficaces son:
_______________________
+ 3 db = û ( 1,995 : 1000 ) x 50 = 0,316 volt.
__________________
0 db = û ( 1 : 1000 ) x 50 = 0,223 volt
____________________
-10 db = û ( 0,1 : 1000 ) x 50 = 0,070 volt
CONVERSION DE WAT. EN dbw y dbm
Tenemos un transmisor que en la sonda de carga da una potencia de 1,5 w.
Transmitimos con una direccional de 14 db, y deseamos saber cual es
la potencia efectiva irradiada y como se expresa
en dbw o dbm.
En la tabla veremos que 14 db corresponde a un aumento de potencia
que irradia la antena sera:
1,5 x 25,12 = 37,68 wat.
Para convertir esta potencia en dbw:
37,68
dbw = 10 x log (-------) = 15,76 dbw
1wt
Si queremos expresar la potencia de 37,68 wts en dbm:
dbm = 10 x log ( 37,68 x 1000 ) = 45,76 dbw
Asi que tenemos tres números distintos que expresan una
misma potencia.
Con estas breves notas recogidas de diversas fuentes, espero el tener aclarado un poco más ambas cuestiónes y conozcas un poco, al decibelio. Más quiénes tengan alguna duda acerca de estos conceptos, siempre podemos acudir a consultar bibliografía técnica específica sobre el tema.