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 in ingresso) * 100%
Tra questi, la potenza irradiata è l'energia elettromagnetica irradiata dall'antenna, mentre 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, il materiale, le dimensioni, la frequenza operativa, ecc. In generale, maggiore è l'efficienza dell'antenna, più efficacemente essa può convertire l'energia elettrica in ingresso in energia irradiata, migliorando così la qualità della trasmissione del segnale e riducendo il consumo energetico.
Pertanto, l'efficienza è un fattore importante da considerare nella progettazione e nella selezione delle antenne, soprattutto in applicazioni che richiedono trasmissioni a lunga distanza o che presentano requisiti stringenti in termini di 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 del conduttore e del dielettrico.
L'efficienza totale dell'antenna può essere ottenuta dalla seguente formula:
Ovvero, l'efficienza totale è pari al prodotto dell'efficienza di disadattamento, dell'efficienza del conduttore e dell'efficienza dielettrica.
Solitamente è molto difficile calcolare l'efficienza del conduttore e l'efficienza dielettrica, ma possono essere determinate sperimentalmente. Tuttavia, gli esperimenti non possono distinguere le due perdite, quindi la formula precedente può essere riscritta come:
ecd rappresenta 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 di un'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 unicamente dal diagramma di radiazione.
Il guadagno di un'antenna in una direzione specificata è definito come "4π volte il rapporto tra l'intensità di radiazione in quella direzione e la potenza totale in ingresso". Quando non viene specificata alcuna direzione, si considera generalmente il guadagno nella direzione di massima radiazione. Pertanto, in genere si ha:
In generale, si riferisce al guadagno relativo, 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, una tromba o un'altra antenna. Nella maggior parte dei casi, come antenna di riferimento viene utilizzata una sorgente puntiforme non direzionale. Pertanto:
La relazione tra potenza totale irradiata e potenza totale in ingresso è la seguente:
Secondo lo standard IEEE, "il guadagno non include le perdite dovute al disadattamento di impedenza (perdita per riflessione) e al disadattamento di polarizzazione (perdita)". Esistono due concetti di guadagno: uno è chiamato guadagno (G) e l'altro guadagno raggiungibile (Gre), che tiene conto delle perdite per riflessione/disadattamento.
La relazione tra guadagno e direttività è:
Se l'antenna è perfettamente adattata alla linea di trasmissione, ovvero se 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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Data di pubblicazione: 14 giugno 2024
