Эффективность антенны связана с мощностью, подаваемой на антенну, и мощностью, излучаемой антенной. Высокоэффективная антенна будет излучать большую часть энергии, подаваемой на антенну. Неэффективная антенна поглощает большую часть мощности, теряемой внутри антенны. Неэффективная антенна также может иметь много отраженной энергии из-за несоответствия импеданса. Уменьшите излучаемую мощность неэффективной антенны по сравнению с более эффективной антенной.
[Примечание: Сопротивление антенны обсуждается в следующей главе. Несоответствие импеданса — это отраженная мощность от антенны, поскольку импеданс имеет неправильное значение. Поэтому это называется несоответствием импеданса.]
Тип потерь в антенне — потери проводимости. Потери проводимости обусловлены конечной проводимостью антенны. Другой механизм потерь — диэлектрические потери. Диэлектрические потери в антенне обусловлены проводимостью в диэлектрическом материале. Внутри антенны или вокруг нее может присутствовать изоляционный материал.
Отношение эффективности антенны к излучаемой мощности можно записать как входную мощность антенны. Это уравнение [1]. Также известно как эффективность излучения, эффективность антенны.
[Уравнение 1]
Эффективность — это отношение. Это отношение всегда является числом от 0 до 1. Эффективность часто указывается в процентах. Например, эффективность 0,5 составляет до 50% от того же. 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 часто используемого термина, называемого общей эффективностью антенны. Общая эффективная эффективность Эффективность излучения антенны, умноженная на потери рассогласования импеданса антенны. Потери рассогласования импеданса возникают, когда антенна физически подключена к линии передачи или приемнику. Это можно обобщить в формуле [2].
[Уравнение 2]
формула [2]
Потери из-за несоответствия импеданса всегда являются числом от 0 до 1. Поэтому общая эффективность антенны всегда меньше эффективности излучения. Повторим это: если потерь нет, эффективность излучения равна общей эффективности антенны из-за несоответствия импеданса.
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 нее. 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 электроники и материалов, окружающих антенну. Они, как правило, поглощают часть излучаемой мощности. Энергия преобразуется в тепловую энергию, и излучение отсутствует. Это снижает эффективность антенны. Автомобильные радиоантенны могут работать на частотах радио AM 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, поскольку вышки вещания AM используют очень высокую мощность передачи.
Потери из-за несоответствия импеданса обсуждаются в разделах «Диаграмма Смита» и «Согласование импеданса». Согласование импеданса может значительно повысить эффективность антенны.
Коэффициент усиления антенны
Долгосрочное усиление антенны описывает, сколько мощности передается в направлении пикового излучения относительно изотропного источника. Усиление антенны чаще всего указывается в спецификации антенны. Усиление антенны важно, поскольку оно учитывает фактические потери, которые происходят.
Антенна с усилением 3 дБ означает, что мощность, принимаемая антенной, на 3 дБ намного выше, чем она была бы принята от изотропной антенны без потерь с той же входной мощностью. 3 дБ эквивалентны удвоенной мощности питания.
Коэффициент усиления антенны иногда обсуждается как функция направления или угла. Однако, когда одно число указывает коэффициент усиления, то это число является пиковым коэффициентом усиления для всех направлений. «G» коэффициента усиления антенны можно сравнить с направленностью «D» футуристического типа.
[Уравнение 3]
Коэффициент усиления реальной антенны, который может быть таким же высоким, как у очень большой спутниковой антенны, составляет 50 дБ. Направленность может быть такой же низкой, как 1,76 дБ, как у реальной антенны (например, короткой дипольной антенны). Направленность никогда не может быть меньше 0 дБ. Однако пиковый коэффициент усиления антенны может быть сколь угодно малым. Это происходит из-за потерь или неэффективности. Электрически малые антенны — это относительно небольшие антенны, которые работают на длине волны частоты, на которой работает антенна. Маленькие антенны могут быть очень неэффективными. Коэффициент усиления антенны часто ниже -10 дБ, даже если не учитывать несоответствие импеданса.
Время публикации: 16 ноября 2023 г.
