Эффективность антенныЭто параметр антенны, описывающий, насколько эффективно принимаемая радиочастотная мощность преобразуется в излучаемую. Он является ключевым параметром антенны, поскольку потери в проводнике, диэлектрические потери и несоответствие импеданса могут снизить полезное излучение, даже если антенна имеет подходящую диаграмму направленности.
Основная формула эффективности излучения выглядит следующим образом:
Эффективность излучения, ерад= Прад/ Ппринял
В общую эффективность также входит несоответствие на входе антенны:
Общая эффективность, е0= (1 - |Γ|2) ерад
где Pрадизлучаемая мощность, Pпринялгде Γ — принимаемая мощность, а Γ — коэффициент отражения на входе. В этом руководстве объясняются формулы эффективности антенны, механизмы потерь, коэффициент усиления, направленность, реализованный коэффициент усиления и распространенные методы измерения.
Эффективность антенны: определения и формулы.
Рисунок 1
Понятие эффективности антенны можно определить с помощью рисунка 1.
Суммарный КПД антенны e0 используется для расчета потерь антенны на входе и внутри конструкции антенны. Как показано на рисунке 1(b), эти потери могут быть вызваны:
1. Отражения, вызванные несоответствием между линией передачи и антенной;
2. Потери в проводнике и диэлектрике.
Суммарную эффективность антенны можно рассчитать по следующей формуле:
То есть, общая эффективность равна произведению эффективности несоответствия, эффективности проводника и эффективности диэлектрика.
Рассчитать КПД проводника и диэлектрический КПД обычно очень сложно, но их можно определить экспериментально. Однако эксперименты не позволяют различить эти два типа потерь, поэтому приведенную выше формулу можно переписать следующим образом:
ecd — это эффективность излучения антенны, а Γ — коэффициент отражения.
Усиление, направленность и реализованное усиление
Направленностьописывает, насколько сконцентрирована диаграмма направленности излучения в заданном направлении.Приростсочетает в себе направленность и эффективность излучения:
G = eрадD
где G — коэффициент усиления, D — направленность, а eрадЭто эффективность излучения. Таким образом, коэффициент усиления учитывает потери в проводнике и диэлектрике, но обычно исключает потери из-за несоответствия импедансов.
В общем, речь идёт об относительном усилении, которое определяется как «отношение усиления мощности в заданном направлении к мощности эталонной антенны в заданном направлении». Входная мощность этой антенны должна быть одинаковой. В качестве эталонной антенны может использоваться вибратор, рупор или другая антенна. В большинстве случаев в качестве эталонной антенны используется ненаправленный точечный источник. Следовательно:
Соотношение между суммарной излучаемой мощностью и суммарной потребляемой мощностью выглядит следующим образом:
Реализованная прибыльвключает в себя эффект несоответствия входного сигнала и связан с коэффициентом усиления следующим соотношением:
Gосуществленный= (1 - |Γ|2)G
Когда антенна хорошо согласована, фактическое усиление приближается к коэффициенту усиления. Если несогласование значительное, фактическое усиление ниже, даже если диаграмма направленности и эффективность излучения остаются неизменными.
Соотношение между коэффициентом усиления и направленностью следующее:
Если антенна идеально согласована с линией передачи, |Γ| = 0, и реализованное усиление равно усилению. В практических системах при сравнении измеренных и смоделированных значений необходимо также учитывать потери в кабеле и калибровочную опорную плоскость.
Ключевые факторы, снижающие эффективность антенны
- Проводимость конечного проводника и шероховатость поверхности
- Диэлектрические потери в подложках, обтекателях и опорных материалах
- Несоответствие импедансов на питающем кабеле
- Сети согласования с потерями, соединители и структуры подачи
- Установка вблизи металла, звукопоглощающих материалов или человеческого тела.
- Производственные допуски и частотно-зависимое распределение тока
Как измеряется эффективность антенны
Метод измерения зависит от типа антенны, частотного диапазона и имеющегося испытательного оборудования. К распространенным подходам относятся сравнение коэффициента усиления и направленности, интеграция диаграммы направленности, измерения в реверберационной камере и метод Уилера для подходящих электрически малых антенн. Для получения достоверных результатов необходимы точная калибровка, коррекция потерь в кабеле, выравнивание поляризации и четко определенная опорная плоскость.
Использование эффективности и коэффициента усиления при выборе антенны.
Эффективность, коэффициент усиления, фактическое усиление, полоса пропускания, поляризация, ширина луча и КСВ следует оценивать совместно. Антенна с высокой направленностью может по-прежнему демонстрировать низкое фактическое усиление, если потери или несогласование чрезмерны. Инженеры должны сравнивать значения во всем рабочем диапазоне и в типичных условиях монтажа.
Изучите RF MISOантенные решенияили ознакомьтесь с нашимивозможности тестирования антеннДля выбора оборудования, соответствующего конкретным задачам, сообщите группе специалистов по радиочастотным MISO-оборудованию рабочую полосу пропускания, требуемый коэффициент усиления, поляризацию, ограничения по монтажу и условия тестирования.
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 14 июня 2024 г.
