Sprawność anteny jest związana z mocą dostarczaną do anteny i mocą przez nią emitowaną. Antena o wysokiej sprawności emituje większość energii dostarczanej do anteny. Antena o niskiej sprawności pochłania większość mocy traconej w antenie. Antena o niskiej sprawności może również emitować dużo energii odbitej z powodu niedopasowania impedancji. Zmniejsz moc emitowaną przez antenę o niskiej sprawności w porównaniu z anteną o wyższej sprawności.
[Uwaga: Impedancja anteny zostanie omówiona w kolejnym rozdziale. Niedopasowanie impedancji to moc odbita od anteny, ponieważ impedancja ma nieprawidłową wartość. Dlatego nazywa się to niedopasowaniem impedancji.]
Rodzaj strat w antenie to strata przewodzenia. Straty przewodzenia wynikają ze skończonej przewodności anteny. Innym mechanizmem strat jest strata dielektryczna. Straty dielektryczne w antenie wynikają z przewodzenia w materiale dielektrycznym. Materiał izolacyjny może znajdować się wewnątrz lub wokół anteny.
Stosunek sprawności anteny do mocy promieniowanej można zapisać jako moc wejściową anteny. Jest to równanie [1]. Znane jest również jako sprawność promieniowania, czyli sprawność anteny.
[Równanie 1]
Sprawność to iloraz. Ten iloraz zawsze mieści się w przedziale od 0 do 1. Sprawność jest często podawana w punktach procentowych. Na przykład, sprawność 0,5 to nawet 50% tego samego. Sprawność anteny jest często podawana w decybelach (dB). Sprawność 0,1 to 10%. Jest to również równe -10 decybelom (-10 decybeli). Sprawność 0,5 to 50%. Jest to również równe -3 decybelom (dB).
Pierwsze równanie jest czasami nazywane wydajnością promieniowania anteny. To odróżnia je od innego powszechnie używanego terminu, zwanego całkowitą wydajnością anteny. Całkowita efektywna wydajność (CEF) to iloczyn wydajności promieniowania anteny i strat wynikających z niedopasowania impedancji anteny. Straty wynikające z niedopasowania impedancji występują, gdy antena jest fizycznie podłączona do linii transmisyjnej lub odbiornika. Można to podsumować wzorem [2].
[Równanie 2]
wzór [2]
Strata wynikająca z niedopasowania impedancji zawsze mieści się w przedziale od 0 do 1. Zatem całkowita sprawność anteny jest zawsze mniejsza niż sprawność promieniowania. Innymi słowy, jeśli nie ma strat, sprawność promieniowania jest równa całkowitej sprawności anteny z powodu niedopasowania impedancji.
Poprawa wydajności jest jednym z najważniejszych parametrów anteny. Może być ona bardzo bliska 100% w przypadku anteny satelitarnej, anteny tubowej lub dipola półfalowego bez żadnego materiału stratnego wokół niej. Anteny telefonów komórkowych lub anteny elektroniki użytkowej zazwyczaj mają wydajność 20%-70%. Jest to równoważne -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Często z powodu strat elektroniki i materiałów otaczających antenę. Mają one tendencję do pochłaniania części mocy promieniowanej. Energia jest przekształcana w energię cieplną i nie ma promieniowania. To zmniejsza wydajność anteny. Anteny radia samochodowego mogą pracować na częstotliwościach radiowych AM ze sprawnością anteny 0,01. [To jest 1% lub -20 dB.] Ta nieefektywność wynika z tego, że antena jest mniejsza niż połowa długości fali przy częstotliwości roboczej. To znacznie zmniejsza wydajność anteny. Połączenia bezprzewodowe są utrzymywane, ponieważ wieże nadawcze AM wykorzystują bardzo dużą moc nadawczą.
Straty wynikające z niedopasowania impedancji omówiono w rozdziałach dotyczących wykresu Smitha i dopasowania impedancji. Dopasowanie impedancji może znacznie poprawić wydajność anteny.
Zysk anteny
Długoterminowy zysk anteny opisuje, ile mocy jest przesyłane w kierunku promieniowania szczytowego, w odniesieniu do źródła izotropowego. Zysk anteny jest najczęściej podawany w karcie specyfikacji anteny. Zysk anteny jest istotny, ponieważ uwzględnia rzeczywiste straty.
Antena o zysku 3 dB oznacza, że moc odbierana przez antenę jest o 3 dB dużo wyższa od mocy odbieranej przez bezstratną antenę izotropową o tej samej mocy wejściowej. 3 dB odpowiada dwukrotności mocy zasilania.
Zysk anteny jest czasami omawiany jako funkcja kierunku lub kąta. Jednakże, gdy pojedyncza liczba określa zysk, to jest to szczytowy zysk dla wszystkich kierunków. „G” zysku anteny można porównać z kierunkowością „D” typu futurystycznego.
[Równanie 3]
Zysk prawdziwej anteny, który może być tak duży, jak bardzo duża antena satelitarna, wynosi 50 dB. Kierunkowość może wynosić zaledwie 1,76 dB, podobnie jak w przypadku prawdziwej anteny (np. krótkiej anteny dipolowej). Kierunkowość nigdy nie może być mniejsza niż 0 dB. Jednakże szczytowy zysk anteny może być dowolnie mały. Wynika to ze strat lub nieefektywności. Anteny o małej mocy to stosunkowo małe anteny, które działają na długości fali odpowiadającej częstotliwości, na której antena pracuje. Małe anteny mogą być bardzo nieefektywne. Zysk anteny często wynosi poniżej -10 dB, nawet jeśli nie uwzględni się niedopasowania impedancji.
Czas publikacji: 16-11-2023
