L'efficienza di un'antenna è correlata alla potenza fornita all'antenna e alla potenza irradiata dall'antenna stessa. Un'antenna ad alta efficienza irradierà la maggior parte dell'energia che le viene fornita. Un'antenna inefficiente assorbe la maggior parte della potenza dispersa al suo interno. Un'antenna inefficiente può anche presentare una notevole quantità di energia riflessa a causa del disadattamento di impedenza. Ridurre la potenza irradiata da un'antenna inefficiente rispetto a un'antenna più efficiente.
[Nota a margine: l'impedenza dell'antenna verrà trattata in un capitolo successivo. Il disadattamento di impedenza è la potenza riflessa dall'antenna perché l'impedenza ha un valore errato. Pertanto, si parla di disadattamento di impedenza.]
Un tipo di perdita all'interno dell'antenna è la perdita per conduzione. Le perdite per conduzione sono dovute alla conduttività finita dell'antenna. Un altro meccanismo di perdita è la perdita dielettrica. Le perdite dielettriche nell'antenna sono dovute alla conduzione nel materiale dielettrico. Il materiale isolante può essere presente all'interno o intorno all'antenna.
Il rapporto tra l'efficienza dell'antenna e la potenza irradiata può essere scritto come la potenza di ingresso dell'antenna. Questa è l'equazione [1]. Nota anche come efficienza di radiazione, efficienza dell'antenna.
[Equazione 1]
L'efficienza è un rapporto. Questo rapporto è sempre una quantità compresa tra 0 e 1. L'efficienza viene spesso espressa in percentuale. Ad esempio, un'efficienza di 0,5 corrisponde al 50%. L'efficienza dell'antenna viene spesso espressa anche in decibel (dB). Un'efficienza di 0,1 equivale al 10%. Questo equivale anche a -10 decibel (-10 decibel). Un'efficienza di 0,5 equivale al 50%. Questo equivale anche a -3 decibel (dB).
La prima equazione è talvolta chiamata efficienza di radiazione dell'antenna. Ciò la distingue da un altro termine comunemente usato chiamato efficacia totale dell'antenna. Efficienza effettiva totale: efficienza di radiazione dell'antenna moltiplicata per la perdita di disadattamento di impedenza dell'antenna. Le perdite di disadattamento di impedenza si verificano quando l'antenna è fisicamente collegata alla linea di trasmissione o al ricevitore. Questo può essere riassunto nella formula [2].
[Equazione 2]
formula [2]
La perdita dovuta al disadattamento di impedenza è sempre un valore compreso tra 0 e 1. Pertanto, l'efficienza complessiva dell'antenna è sempre inferiore all'efficienza di radiazione. Per ribadire il concetto, in assenza di perdite, l'efficienza di radiazione è uguale all'efficienza totale dell'antenna dovuta al disadattamento di impedenza.
Migliorare l'efficienza è uno dei parametri più importanti per un'antenna. Può avvicinarsi molto al 100% con un'antenna parabolica, un'antenna a tromba o un dipolo a mezza lunghezza d'onda, in assenza di materiali dissipativi nelle vicinanze. Le antenne per telefoni cellulari o per dispositivi elettronici di consumo hanno in genere un'efficienza compresa tra il 20% e il 70%. Questo equivale a -7 dB o -1,5 dB. Spesso ciò è dovuto alle perdite causate dai componenti elettronici e dai materiali che circondano l'antenna. Questi tendono ad assorbire parte della potenza irradiata. L'energia viene convertita in energia termica e non si verifica alcuna radiazione. Ciò riduce l'efficienza dell'antenna. Le antenne per autoradio possono operare a frequenze radio AM con un'efficienza di 0,01 [ovvero l'1% o -20 dB]. Questa inefficienza è dovuta al fatto che l'antenna è più piccola di mezza lunghezza d'onda alla frequenza operativa. Ciò riduce notevolmente l'efficienza dell'antenna. I collegamenti wireless vengono mantenuti perché le torri di trasmissione AM utilizzano una potenza di trasmissione molto elevata.
Le perdite dovute al disadattamento di impedenza sono discusse nelle sezioni "Diagramma di Smith" e "Adattamento di impedenza". L'adattamento di impedenza può migliorare notevolmente l'efficienza dell'antenna.
guadagno antenna
Il guadagno a lungo termine dell'antenna descrive la quantità di potenza trasmessa nella direzione di massima radiazione, rispetto a una sorgente isotropica. Il guadagno dell'antenna è un parametro comunemente riportato nella scheda tecnica di un'antenna. È importante perché tiene conto delle perdite effettive che si verificano.
Un'antenna con un guadagno di 3 dB significa che la potenza ricevuta dall'antenna è di 3 dB superiore a quella che si riceverebbe da un'antenna isotropica senza perdite con la stessa potenza in ingresso. 3 dB equivalgono al doppio della potenza di alimentazione.
Il guadagno di un'antenna viene talvolta descritto come una funzione della direzione o dell'angolo. Tuttavia, quando il guadagno è indicato da un singolo valore numerico, tale valore rappresenta il guadagno massimo per tutte le direzioni. La "G" del guadagno di un'antenna può essere paragonata alla direttività "D" di un'antenna futuristica.
[Equazione 3]
Il guadagno di un'antenna reale, che può essere elevato come quello di una parabola satellitare di grandi dimensioni, è di 50 dB. La direttività può essere bassa, fino a 1,76 dB, come in un'antenna reale (ad esempio un'antenna a dipolo corta). La direzionalità non può mai essere inferiore a 0 dB. Tuttavia, il guadagno massimo dell'antenna può essere arbitrariamente piccolo. Ciò è dovuto a perdite o inefficienze. Le antenne elettricamente piccole sono antenne relativamente piccole che operano alla lunghezza d'onda della frequenza a cui l'antenna è attiva. Le antenne piccole possono essere molto inefficienti. Il guadagno dell'antenna è spesso inferiore a -10 dB, anche quando non si tiene conto del disadattamento di impedenza.
Data di pubblicazione: 16 novembre 2023
