Ефективність антениописує, як ефективно прийнята радіочастотна потужність перетворюється на випромінювану потужність. Це ключовий параметр антени, оскільки втрати в провіднику, діелектричні втрати та невідповідність імпедансу можуть зменшити корисне випромінювання, навіть якщо антена має відповідну діаграму спрямованості.
Основна формула радіаційної ефективності:
Ефективність випромінювання, ерадіація= Прадіація/ Пприйнято
Загальний ККД також включає неузгодженість на вході антени:
Загальний ККД, е0= (1 - |Γ|2) ерадіація
де Pрадіація— випромінювана потужність, Pприйнято– прийнята потужність, а Γ – вхідний коефіцієнт відбиття. У цьому посібнику пояснюються формули ефективності антени, механізми втрат, коефіцієнт підсилення, спрямованість, реалізоване підсилення та загальні методи вимірювання.
Ефективність антени: визначення та формули
Рисунок 1
Поняття ефективності антени можна визначити за допомогою рисунка 1.
Загальний коефіцієнт корисної дії антени e0 використовується для розрахунку втрат антени на вході та всередині структури антени. Звертаючись до рисунка 1(b), ці втрати можуть бути зумовлені:
1. Відбиття через невідповідність між лінією передачі та антеною;
2. Втрати в провіднику та діелектрику.
Загальний ККД антени можна отримати за такою формулою:
Тобто, загальний ККД = добуток ККД невідповідності, ККД провідника та ККД діелектричної мережі.
Зазвичай дуже важко розрахувати коефіцієнт корисної дії провідника та діелектричний коефіцієнт корисної дії, але їх можна визначити експериментально. Однак експерименти не можуть розрізнити ці дві втрати, тому наведену вище формулу можна переписати так:
ecd – ефективність випромінювання антени, а Γ – коефіцієнт відбиття.
Коефіцієнт посилення, спрямованість та реалізований коефіцієнт посилення
Спрямованістьописує, наскільки сконцентрована діаграма спрямованості в заданому напрямку.Посиленняпоєднує спрямованість з ефективністю випромінювання:
G = eрадіаціяD
де G – коефіцієнт підсилення, D – коефіцієнт спрямованості, а eрадіація– це ефективність випромінювання. Таким чином, коефіцієнт посилення враховує втрати в провіднику та діелектричній енергії, але зазвичай виключає втрати через невідповідність імпедансу.
Загалом, це стосується відносного коефіцієнта посилення, який визначається як «відношення коефіцієнта посилення потужності в заданому напрямку до потужності опорної антени в опорному напрямку». Вхідна потужність цієї антени має бути рівною. Опорна антена може бути вібратором, рупором або іншою антеною. У більшості випадків як опорна антена використовується ненаправлене точкове джерело. Отже:
Зв'язок між загальною випромінюваною потужністю та загальною вхідною потужністю такий:
Реалізований прибутоквключає вплив невідповідності вхідних сигналів і пов'язаний з коефіцієнтом посилення за допомогою:
Gзрозумів= (1 - |Γ|2)G
Коли антена добре узгоджена, реалізований коефіцієнт посилення наближається до коефіцієнта посилення. Якщо неузгодженість значна, реалізований коефіцієнт посилення нижчий, навіть якщо діаграма спрямованості та ефективність випромінювання залишаються незмінними.
Зв'язок між коефіцієнтом підсилення та спрямованістю такий:
Якщо антена ідеально узгоджена з лінією передачі, |Γ| = 0, а реалізований коефіцієнт посилення дорівнює коефіцієнту посилення. У практичних системах втрати в кабелі та калібрувальну опорну площину також необхідно враховувати при порівнянні виміряних та змодельованих значень.
Ключові фактори, що знижують ефективність антени
- Кінцева провідність провідника та шорсткість поверхні
- Діелектричні втрати в підкладках, обтічниках та допоміжних матеріалах
- Невідповідність імпедансу на подачі
- Мережі узгодження з втратами, з'єднувачі та структури живлення
- Встановлення поблизу металу, поглинаючих матеріалів або людського тіла
- Виробничі допуски та розподіл струму залежно від частоти
Як вимірюється ефективність антени
Метод вимірювання залежить від типу антени, діапазону частот та доступного випробувального обладнання. Загальні підходи включають порівняння коефіцієнтів підсилення та спрямованості, інтегрування діаграми спрямованості, вимірювання в ревербераційній камері та метод Вілера-кепа для відповідних електрично малих антен. Точне калібрування, корекція втрат у кабелі, вирівнювання поляризації та чітко визначена площина відліку є важливими для отримання змістовних результатів.
Використання ефективності та коефіцієнта посилення при виборі антени
Коефіцієнти ефективності, коефіцієнти посилення, реалізовані коефіцієнти посилення, ширину смуги пропускання, поляризацію, ширину променя та КСХН слід оцінювати разом. Антена з високою спрямованістю все ще може забезпечити низький реалізований коефіцієнт посилення, якщо втрати або невідповідність є надмірними. Інженери повинні порівнювати значення в усьому робочому діапазоні та за типових умов монтажу.
Дослідіть RF MISOантенні рішенняабо перегляньте нашіможливості тестування антенДля вибору з урахуванням специфіки застосування, поділіться робочим діапазоном, необхідним підсиленням, поляризацією, обмеженнями монтажу та випробувальним середовищем з командою RF MISO.
Щоб дізнатися більше про антени, відвідайте:
Час публікації: 14 червня 2024 р.
