L'efficienza di unantennasi riferisce alla capacità dell'antenna di convertire l'energia elettrica in ingresso in energia irradiata. Nelle comunicazioni wireless, l'efficienza dell'antenna ha un impatto importante sulla qualità della trasmissione del segnale e sul consumo energetico.
L’efficienza dell’antenna può essere espressa dalla seguente formula:
Efficienza = (Potenza irradiata / Potenza assorbita) * 100%
Tra questi, la potenza irradiata è l'energia elettromagnetica irradiata dall'antenna e la potenza in ingresso è l'energia elettrica immessa nell'antenna.
L'efficienza di un'antenna è influenzata da molti fattori, tra cui il design dell'antenna, il materiale, le dimensioni, la frequenza operativa, ecc. In generale, maggiore è l'efficienza dell'antenna, più efficacemente può convertire l'energia elettrica in ingresso in energia irradiata, quindi migliorare la qualità della trasmissione del segnale e ridurre il consumo energetico.
Pertanto, l'efficienza è una considerazione importante quando si progettano e si selezionano le antenne, soprattutto nelle applicazioni che richiedono trasmissione a lunga distanza o che hanno requisiti rigorosi sul consumo energetico.
1. Efficienza dell'antenna
Figura 1
Il concetto di efficienza dell'antenna può essere definito utilizzando la Figura 1.
L'efficienza totale dell'antenna e0 viene utilizzata per calcolare le perdite dell'antenna all'ingresso e all'interno della struttura dell'antenna. Facendo riferimento alla Figura 1(b), queste perdite possono essere dovute a:
1. Riflessioni dovute al disadattamento tra la linea di trasmissione e l'antenna;
2. Perdite nel conduttore e nel dielettrico.
L’efficienza totale dell’antenna può essere ottenuta dalla seguente formula:
Cioè, efficienza totale = prodotto di efficienza di disadattamento, efficienza del conduttore ed efficienza dielettrica.
Di solito è molto difficile calcolare l'efficienza del conduttore e l'efficienza dielettrica, ma possono essere determinate mediante esperimenti. Tuttavia, gli esperimenti non possono distinguere le due perdite, quindi la formula sopra può essere riscritta come:
ecd è l'efficienza di radiazione dell'antenna e Γ è il coefficiente di riflessione.
2. Guadagno e guadagno realizzato
Un altro parametro utile per descrivere le prestazioni dell'antenna è il guadagno. Sebbene il guadagno di un'antenna sia strettamente correlato alla direttività, è un parametro che tiene conto sia dell'efficienza che della direttività dell'antenna. La direttività è un parametro che descrive solo le caratteristiche direzionali di un'antenna, quindi è determinata solo dal diagramma di radiazione.
Il guadagno di un'antenna in una direzione specifica è definito come "4π volte il rapporto tra l'intensità della radiazione in quella direzione e la potenza totale in ingresso". Quando non è specificata alcuna direzione, generalmente viene preso il guadagno nella direzione della massima radiazione. Pertanto in genere si ha:
In generale si riferisce al guadagno relativo, che è definito come "il rapporto tra il guadagno di potenza in una direzione specifica e la potenza di un'antenna di riferimento in una direzione di riferimento". La potenza in ingresso a questa antenna deve essere uguale. L'antenna di riferimento può essere un vibratore, un clacson o un'altra antenna. Nella maggior parte dei casi, come antenna di riferimento viene utilizzata una sorgente puntiforme non direzionale. Perciò:
La relazione tra la potenza totale irradiata e la potenza totale in ingresso è la seguente:
Secondo lo standard IEEE, "Il guadagno non include le perdite dovute al disadattamento di impedenza (perdita di riflessione) e al disadattamento di polarizzazione (perdita)". Esistono due concetti di guadagno, uno è chiamato guadagno (G) e l'altro è chiamato guadagno ottenibile (Gre), che tiene conto delle perdite di riflessione/disadattamento.
La relazione tra guadagno e direttività è:
Se l'antenna è perfettamente adattata alla linea di trasmissione, cioè l'impedenza di ingresso dell'antenna Zin è uguale all'impedenza caratteristica Zc della linea (|Γ| = 0), allora il guadagno e il guadagno ottenibile sono uguali (Gre = G ).
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Orario di pubblicazione: 14 giugno 2024
