Эффективность антенны зависит от мощности, подаваемой на неё, и мощности, излучаемой антенной. Высокоэффективная антенна излучает большую часть энергии, передаваемой антенне. Неэффективная антенна поглощает большую часть мощности, теряемой внутри неё. Неэффективная антенна также может отражать много энергии из-за несогласованности импедансов. Уменьшите излучаемую мощность неэффективной антенны по сравнению с более эффективной.
[Примечание: Импеданс антенны обсуждается в следующей главе. Рассогласование импеданса — это отраженная мощность антенны, поскольку импеданс имеет неверное значение. Поэтому это называется рассогласованием импеданса.]
Тип потерь в антенне — потери проводимости. Потери проводимости обусловлены конечной проводимостью антенны. Другой механизм потерь — диэлектрические потери. Диэлектрические потери в антенне обусловлены проводимостью диэлектрического материала. Внутри антенны или вокруг неё может присутствовать изоляционный материал.
Отношение эффективности антенны к излучаемой мощности можно выразить через входную мощность антенны. Это уравнение [1]. Также известно как эффективность излучения антенны.
[Уравнение 1]
Эффективность — это отношение. Это отношение всегда принимает значения от 0 до 1. Эффективность часто выражается в процентах. Например, эффективность 0,5 составляет до 50%. Эффективность антенны также часто указывается в децибелах (дБ). Эффективность 0,1 равна 10%. Это также равно -10 децибелам (-10 децибелам). Эффективность 0,5 равна 50%. Это также равно -3 децибелам (дБ).
Первое уравнение иногда называют эффективностью излучения антенны. Это отличает его от другого широко используемого термина, называемого полной эффективностью антенны. Полная эффективная эффективность — это эффективность излучения антенны, умноженная на потери от рассогласования импеданса антенны. Потери от рассогласования импеданса возникают, когда антенна физически подключена к линии передачи или приёмнику. Это можно выразить формулой [2].
[Уравнение 2]
формула [2]
Потери из-за рассогласования импедансов всегда находятся в диапазоне от 0 до 1. Следовательно, общая эффективность антенны всегда меньше эффективности излучения. Повторим ещё раз: при отсутствии потерь эффективность излучения равна общей эффективности антенны, обусловленной рассогласованием импедансов.
Повышение эффективности является одним из важнейших параметров антенны. Она может быть очень близка к 100% со спутниковой тарелкой, рупорной антенной или полуволновым диполем без какого-либо материала с потерями вокруг него. Антенны сотовых телефонов или антенны бытовой электроники обычно имеют эффективность 20%-70%. Это эквивалентно -7 дБ -1,5 дБ (-7, -1,5 дБ). Часто из-за потерь в электронике и материалах, окружающих антенну. Они имеют тенденцию поглощать часть излучаемой мощности. Энергия преобразуется в тепловую энергию, и излучение отсутствует. Это снижает эффективность антенны. Автомобильные радиоантенны могут работать на частотах AM-радио с эффективностью антенны 0,01. [Это 1% или -20 дБ.] Эта неэффективность объясняется тем, что антенна меньше половины длины волны на рабочей частоте. Это значительно снижает эффективность антенны. Беспроводные соединения поддерживаются, потому что вышки AM-вещания используют очень высокую мощность передачи.
Потери из-за рассогласования импедансов обсуждаются в разделах «Диаграмма Смита» и «Согласование импедансов». Согласование импедансов может значительно повысить эффективность антенны.
Коэффициент усиления антенны
Долговременный коэффициент усиления антенны описывает мощность, передаваемую в направлении пикового излучения относительно изотропного источника. Коэффициент усиления антенны обычно указывается в её технических характеристиках. Коэффициент усиления антенны важен, поскольку он учитывает фактические потери.
Антенна с усилением 3 дБ означает, что мощность, принимаемая антенной, на 3 дБ намного выше, чем та, которая была бы принята от изотропной антенны без потерь с той же входной мощностью. 3 дБ эквивалентны удвоенной мощности источника питания.
Коэффициент усиления антенны иногда рассматривается как функция направления или угла. Однако, когда коэффициент усиления определяется одним числом, то это значение представляет собой пиковый коэффициент усиления для всех направлений. Коэффициент усиления антенны (G) можно сравнить с направленностью (D) футуристического типа.
[Уравнение 3]
Коэффициент усиления реальной антенны, который может достигать уровня очень большой спутниковой антенны, составляет 50 дБ. Коэффициент направленности может быть всего 1,76 дБ, как у реальной антенны (например, короткой дипольной антенны). Коэффициент направленности никогда не может быть меньше 0 дБ. Однако пиковый коэффициент усиления антенны может быть сколь угодно малым. Это связано с потерями или неэффективностью. Электрически малые антенны – это относительно небольшие антенны, работающие на той же длине волны, что и сама антенна. Малые антенны могут быть очень неэффективны. Коэффициент усиления антенны часто ниже -10 дБ, даже без учёта рассогласования импеданса.
Время публикации: 16 ноября 2023 г.
