Wydajność antenyOpisuje, jak skutecznie przyjęta moc RF jest przekształcana w moc promieniowaną. Jest to kluczowy parametr anteny, ponieważ straty przewodnika, straty dielektryczne i niedopasowanie impedancji mogą zmniejszyć użyteczne promieniowanie, nawet gdy antena ma odpowiedni wzór.
Podstawowy wzór na efektywność radiacyjną jest następujący:
Wydajność promieniowania, erad= Prad/ Pprzyjęty
Całkowita sprawność uwzględnia również niedopasowanie na wejściu antenowym:
Całkowita sprawność, e0= (1 - |Γ|2) erad
gdzie Pradjest mocą promieniowaną, Pprzyjętyto moc akceptowana, a Γ to wejściowy współczynnik odbicia. W tym przewodniku wyjaśniono wzory na wydajność anteny, mechanizmy strat, zysk, kierunkowość, zysk zrealizowany i popularne metody pomiaru.
Efektywność anteny: definicje i wzory
Rysunek 1
Koncepcję sprawności anteny można zdefiniować korzystając z rysunku 1.
Całkowita sprawność anteny e0 służy do obliczenia strat anteny na wejściu i w strukturze anteny. Odnosząc się do rysunku 1(b), straty te mogą wynikać z:
1. Odbicia spowodowane niedopasowaniem linii transmisyjnej do anteny;
2. Straty przewodnika i dielektryka.
Całkowitą sprawność anteny można obliczyć z następującego wzoru:
Oznacza to, że całkowita sprawność = iloczyn sprawności niedopasowania, sprawności przewodnika i sprawności dielektrycznej.
Obliczenie sprawności przewodnika i dielektryka jest zazwyczaj bardzo trudne, ale można je wyznaczyć eksperymentalnie. Eksperymenty nie pozwalają jednak na rozróżnienie tych dwóch strat, dlatego powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:
ecd jest wydajnością promieniowania anteny, a Γ jest współczynnikiem odbicia.
Wzmocnienie, kierunkowość i zrealizowane wzmocnienie
KierunkowośćOpisuje, jak skoncentrowany jest wzór promieniowania w danym kierunku.Osiągaćłączy kierunkowość z wydajnością promieniowania:
G = eradD
gdzie G to wzmocnienie, D to kierunkowość, a eradto wydajność promieniowania. Wzmocnienie uwzględnia zatem straty przewodnika i dielektryka, ale zazwyczaj nie uwzględnia strat wynikających z niedopasowania impedancji.
Ogólnie rzecz biorąc, odnosi się to do wzmocnienia względnego, które definiuje się jako „stosunek wzmocnienia mocy w określonym kierunku do mocy anteny odniesienia w kierunku odniesienia”. Moc wejściowa tej anteny musi być równa. Anteną odniesienia może być antena wibracyjna, tubowa lub inna. W większości przypadków jako antenę odniesienia stosuje się bezkierunkowe źródło punktowe. Zatem:
Zależność między całkowitą mocą promieniowania i całkowitą mocą wejściową jest następująca:
Zrealizowany zyskuwzględnia efekt niedopasowania wejściowego i jest powiązany ze wzmocnieniem poprzez:
Grealizowany= (1 - |Γ|2)G
Przy dobrym dopasowaniu anteny, zysk energetyczny zbliża się do zysku. Jeśli niedopasowanie jest znaczne, zysk energetyczny jest niższy, nawet gdy charakterystyka promieniowania i wydajność energetyczna pozostają niezmienione.
Związek pomiędzy wzmocnieniem i kierunkowością jest następujący:
Jeśli antena jest idealnie dopasowana do linii transmisyjnej, |Γ| = 0, a zysk zrealizowany jest równy zyskowi. W praktycznych systemach, porównując wartości zmierzone i symulowane, należy również uwzględnić straty w kablu i płaszczyznę odniesienia kalibracji.
Kluczowe czynniki obniżające wydajność anteny
- Skończona przewodność przewodnika i chropowatość powierzchni
- Straty dielektryczne w podłożach, osłonach radarów i materiałach nośnych
- Niedopasowanie impedancji w zasilaniu
- Sieci dopasowujące stratnie, złącza i struktury zasilania
- Montaż w pobliżu metalu, materiałów pochłaniających lub ciała człowieka
- Tolerancje produkcyjne i rozkład prądu zależny od częstotliwości
Jak mierzy się wydajność anteny
Metoda pomiaru zależy od typu anteny, zakresu częstotliwości i dostępnej aparatury pomiarowej. Typowe metody obejmują porównanie wzmocnienia i kierunkowości, integrację charakterystyki promieniowania, pomiary w komorze pogłosowej oraz metodę Wheelera-cap dla odpowiednich anten o małej mocy. Dokładna kalibracja, korekcja strat w kablu, ustawienie polaryzacji i jasno określona płaszczyzna odniesienia są niezbędne do uzyskania wiarygodnych wyników.
Wykorzystanie wydajności i zysku przy wyborze anteny
Sprawność, zysk, zysk zrealizowany, szerokość pasma, polaryzację, szerokość wiązki i współczynnik SWR należy oceniać łącznie. Antena o wysokiej kierunkowości może nadal zapewniać niski zysk zrealizowany, jeśli tłumienie lub niedopasowanie jest nadmierne. Inżynierowie powinni porównywać wartości w całym paśmie roboczym i w reprezentatywnych warunkach montażu.
Poznaj RF MISOrozwiązania antenowelub przejrzyj naszemożliwości testowania antenW celu dokonania wyboru odpowiedniego do danego zastosowania należy udostępnić zespołowi RF MISO pasmo robocze, wymagane wzmocnienie, polaryzację, ograniczenia montażowe i środowisko testowe.
Aby dowiedzieć się więcej o antenach, odwiedź stronę:
Czas publikacji: 14 czerwca 2024 r.
