L'eficiència d'una antena està relacionada amb la potència subministrada a l'antena i la potència radiada per l'antena. Una antena altament eficient radiarà la major part de l'energia subministrada a l'antena. Una antena ineficient absorbeix la major part de la potència perduda dins de l'antena. Una antena ineficient també pot tenir molta energia reflectida a causa d'una desajust d'impedància. Reduïu la potència radiada d'una antena ineficient en comparació amb una antena més eficient.
[Nota al marge: La impedància de l'antena es tracta en un capítol posterior. La desajust d'impedància és la potència reflectida per l'antena perquè la impedància és un valor incorrecte. Per tant, això s'anomena desajust d'impedància.]
El tipus de pèrdua dins de l'antena és la pèrdua per conducció. Les pèrdues per conducció es deuen a la conductivitat finita de l'antena. Un altre mecanisme de pèrdua és la pèrdua dielèctrica. Les pèrdues dielèctriques a l'antena es deuen a la conducció del material dielèctric. Pot haver-hi material aïllant dins o al voltant de l'antena.
La relació entre l'eficiència de l'antena i la potència radiada es pot escriure com la potència d'entrada de l'antena. Aquesta és l'equació [1]. També coneguda com a eficiència de radiació, eficiència de l'antena.
[Equació 1]
L'eficiència és una relació. Aquesta relació sempre és una quantitat entre 0 i 1. L'eficiència sovint es dóna en percentatge. Per exemple, una eficiència de 0,5 és fins a un 50% igual. L'eficiència de l'antena també es dóna sovint en decibels (dB). Una eficiència de 0,1 és igual al 10%. Això també és igual a -10 decibels (-10 decibels). Una eficiència de 0,5 és igual al 50%. Això també és igual a -3 decibels (dB).
La primera equació de vegades s'anomena eficiència de radiació de l'antena. Això la distingeix d'un altre terme d'ús comú anomenat eficàcia total de l'antena. Eficiència efectiva total L'eficiència de radiació de l'antena multiplicada per la pèrdua per desajust d'impedància de l'antena. Les pèrdues per desajust d'impedància es produeixen quan l'antena està connectada físicament a la línia de transmissió o al receptor. Això es pot resumir en la fórmula [2].
[Equació 2]
fórmula [2]
La pèrdua per desajust d'impedància sempre és un nombre entre 0 i 1. Per tant, l'eficiència global de l'antena sempre és inferior a l'eficiència de radiació. Per reiterar-ho, si no hi ha pèrdues, l'eficiència de radiació és igual a l'eficiència total de l'antena a causa del desajust d'impedància.
Millorar l'eficiència és un dels paràmetres més importants de l'antena. Pot ser molt propera al 100% amb una antena parabòlica, una antena de trompeta o un dipol de mitja longitud d'ona sense cap material amb pèrdues al seu voltant. Les antenes de telefonia mòbil o les antenes d'electrònica de consum solen tenir una eficiència del 20%-70%. Això equival a -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Sovint a causa de la pèrdua de components electrònics i materials que envolten l'antena. Aquests tendeixen a absorbir part de la potència radiada. L'energia es converteix en energia calorífica i no hi ha radiació. Això redueix l'eficiència de l'antena. Les antenes de ràdio per a cotxes poden funcionar a freqüències de ràdio AM amb una eficiència d'antena de 0,01. [Això és de l'1% o -20 dB.] Aquesta ineficiència es deu al fet que l'antena és més petita que la meitat d'una longitud d'ona a la freqüència de funcionament. Això redueix considerablement l'eficiència de l'antena. Els enllaços sense fil es mantenen perquè les torres de transmissió AM utilitzen una potència de transmissió molt alta.
Les pèrdues per desajust d'impedància es discuteixen a les seccions Diagrama de Smith i Adaptació d'impedància. L'adaptació d'impedància pot millorar considerablement l'eficiència de l'antena.
Guany de l'antena
El guany d'antena a llarg termini descriu quanta potència es transmet en la direcció de la radiació màxima, en relació amb una font isotròpica. El guany d'antena es cita més habitualment a la fitxa tècnica d'una antena. El guany d'antena és important perquè té en compte les pèrdues reals que es produeixen.
Una antena amb un guany de 3 dB significa que la potència rebuda de l'antena és 3 dB molt més alta que la que es rebria d'una antena isotròpica sense pèrdues amb la mateixa potència d'entrada. 3 dB equival al doble de la font d'alimentació.
El guany d'antena de vegades es parla com una funció de la direcció o l'angle. Tanmateix, quan un sol número especifica el guany, aleshores aquest número és el guany màxim per a totes les direccions. La "G" del guany d'antena es pot comparar amb la directivitat de la "D" de tipus futurista.
[Equació 3]
El guany d'una antena real, que pot ser tan alt com el d'una antena parabòlica molt gran, és de 50 dB. La directivitat pot ser tan baixa com 1,76 dB com una antena real (com ara una antena dipol curta). La direccionalitat mai pot ser inferior a 0 dB. Tanmateix, el guany màxim de l'antena pot ser arbitràriament petit. Això es deu a pèrdues o ineficiències. Les antenes elèctricament petites són antenes relativament petites que operen a la longitud d'ona de la freqüència a la qual funciona l'antena. Les antenes petites poden ser molt ineficients. El guany de l'antena sovint és inferior a -10 dB, fins i tot quan no es té en compte la discrepància d'impedància.
Data de publicació: 16 de novembre de 2023
