efficienza dell'antennaDescrive l'efficacia con cui la potenza RF ricevuta viene convertita in potenza irradiata. È un parametro chiave dell'antenna perché le perdite del conduttore, le perdite dielettriche e il disadattamento di impedenza possono ridurre la radiazione utilizzabile anche quando l'antenna ha un diagramma di radiazione adeguato.
La formula base dell'efficienza di radiazione è:
Efficienza di radiazione, erad= Prad/ Paccettato
L'efficienza totale comprende anche il disadattamento all'ingresso dell'antenna:
Efficienza totale, e0= (1 - |Γ|2) erad
dove Pradè la potenza irradiata, Paccettatoè la potenza accettata e Γ è il coefficiente di riflessione in ingresso. Questa guida illustra le formule per l'efficienza dell'antenna, i meccanismi di perdita, il guadagno, la direttività, il guadagno realizzato e i metodi di misurazione più comuni.
Efficienza delle antenne: definizioni e formule
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.
Guadagno, direzionalità e guadagno realizzato
TrasportabilitàDescrive quanto è concentrato il modello di radiazione in una determinata direzione.Guadagnocombina direttività ed efficienza di radiazione:
G = eradD
dove G è il guadagno, D è la direttività ed eradè l'efficienza di radiazione. Il guadagno tiene quindi conto delle perdite del conduttore e del dielettrico, ma normalmente esclude le perdite dovute al disadattamento di impedenza.
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:
Guadagno realizzatoinclude l'effetto della discrepanza di ingresso ed è correlato al guadagno tramite:
Grealizzato= (1 - |Γ|2)G
Quando l'antenna è ben adattata, il guadagno effettivo si avvicina al guadagno nominale. Se il disadattamento è significativo, il guadagno effettivo è inferiore anche se il diagramma di radiazione e l'efficienza di radiazione rimangono invariati.
La relazione tra guadagno e direttività è:
Se l'antenna è perfettamente adattata alla linea di trasmissione, |Γ| = 0 e il guadagno realizzato è uguale al guadagno teorico. Nei sistemi pratici, quando si confrontano valori misurati e simulati, è necessario considerare anche le perdite del cavo e il piano di riferimento per la calibrazione.
Fattori chiave che riducono l'efficienza dell'antenna
- Conduttività finita del conduttore e rugosità superficiale
- Perdita dielettrica nei substrati, nei radome e nei materiali di supporto
- Disadattamento di impedenza all'alimentazione
- Reti di adattamento con perdita, connettori e strutture di alimentazione
- Installazione in prossimità di metalli, materiali assorbenti o del corpo umano
- Tolleranze di fabbricazione e distribuzione della corrente dipendente dalla frequenza
Come si misura l'efficienza di un'antenna
Il metodo di misurazione dipende dal tipo di antenna, dalla gamma di frequenza e dalle strutture di prova disponibili. Gli approcci comuni includono il confronto guadagno-direzione, l'integrazione del diagramma di radiazione, le misurazioni in camera riverberante e il metodo del cappuccio di Wheeler per antenne elettricamente piccole e adatte. Una calibrazione accurata, la correzione delle perdite del cavo, l'allineamento della polarizzazione e un piano di riferimento chiaramente definito sono essenziali per ottenere risultati significativi.
Utilizzo dell'efficienza e del guadagno nella selezione delle antenne
Efficienza, guadagno, guadagno effettivo, larghezza di banda, polarizzazione, ampiezza del fascio e VSWR devono essere valutati congiuntamente. Un'antenna ad alta direttività può comunque fornire un basso guadagno effettivo se le perdite o il disadattamento sono eccessivi. Gli ingegneri dovrebbero confrontare i valori sull'intera banda operativa e in condizioni di montaggio rappresentative.
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Data di pubblicazione: 14 giugno 2024
