Antenneffektivitetbeskriver hur effektivt accepterad RF-effekt omvandlas till utstrålad effekt. Det är en viktig antennparameter eftersom ledarförlust, dielektrisk förlust och impedansmatchning kan minska användbar strålning även när antennen har ett lämpligt mönster.
Den grundläggande formeln för strålningseffektivitet är:
Strålningseffektivitet, erad= Prad/ Paccepterad
Total effektivitet inkluderar även avvikelse vid antenningången:
Total effektivitet, e0= (1 - |Γ|2) erad
där Pradär utstrålad effekt, Paccepteradär accepterad effekt och Γ är ingångsreflektionskoefficienten. Denna guide förklarar antenneffektivitetsformler, förlustmekanismer, förstärkning, riktningsverkan, realiserad förstärkning och vanliga mätmetoder.
Antenneffektivitet: Definitioner och formler
Figur 1
Begreppet antenneffektivitet kan definieras med hjälp av figur 1.
Den totala antennens effektivitet e0 används för att beräkna antennens förluster vid ingången och inom antennstrukturen. Med hänvisning till figur 1(b) kan dessa förluster bero på:
1. Reflektioner på grund av felmatchning mellan överföringsledningen och antennen;
2. Ledar- och dielektriska förluster.
Den totala antennens effektivitet kan erhållas från följande formel:
Det vill säga, total verkningsgrad = produkten av felanpassningsverkningsgrad, ledarverkningsgrad och dielektrisk verkningsgrad.
Det är vanligtvis mycket svårt att beräkna ledareffektivitet och dielektrisk effektivitet, men de kan bestämmas genom experiment. Experiment kan dock inte skilja de två förlusterna åt, så ovanstående formel kan skrivas om till:
ecd är antennens strålningseffektivitet och Γ är reflektionskoefficienten.
Vinst, riktningsförmåga och realiserad vinst
Riktningsförmågabeskriver hur koncentrerat strålningsmönstret är i en given riktning.Fåkombinerar riktningsriktning med strålningseffektivitet:
G = eradD
där G är förstärkning, D är riktningsförmåga och eradär strålningseffektiviteten. Förstärkningen tar därför hänsyn till ledar- och dielektriska förluster men exkluderar normalt impedansmissanpassningsförlust.
Generellt sett hänvisar det till relativ förstärkning, vilket definieras som "förhållandet mellan effektförstärkningen i en specificerad riktning och effekten hos en referensantenn i en referensriktning". Ineffekten till denna antenn måste vara lika stor. Referensantennen kan vara en vibrator, ett horn eller annan antenn. I de flesta fall används en icke-riktad punktkälla som referensantenn. Därför:
Förhållandet mellan total utstrålad effekt och total ineffekt är följande:
Realiserad vinstinkluderar effekten av inmatningsmatchningsmissmatchning och är relaterad till förstärkning genom:
Ginsåg= (1 - |Γ|2)G
När antennen är väl anpassad närmar sig den realiserade förstärkningen förstärkningen. Om avvikelsen är betydande är den realiserade förstärkningen lägre även när strålningsmönstret och strålningseffektiviteten förblir oförändrade.
Sambandet mellan förstärkning och riktningsverkan är:
Om antennen är perfekt anpassad till transmissionsledningen är |Γ| = 0 och realiserad förstärkning är lika med förstärkning. I praktiska system måste även kabelförlust och kalibreringsreferensplanet beaktas vid jämförelse av uppmätta och simulerade värden.
Viktiga faktorer som minskar antennens effektivitet
- Ändlig ledarledningsförmåga och ytjämnhet
- Dielektrisk förlust i substrat, radomer och stödmaterial
- Impedansavvikelse vid matningen
- Förlustrelaterade matchningsnätverk, kontakter och matningsstrukturer
- Installation nära metall, absorberande material eller människokroppen
- Tillverkningstoleranser och frekvensberoende strömfördelning
Hur antenneffektivitet mäts
Mätmetoden beror på antenntyp, frekvensområde och tillgängliga testanläggningar. Vanliga metoder inkluderar jämförelse av förstärkning och riktning, integration av strålningsmönster, mätningar i efterklangskammare och Wheeler-Cap-metoden för lämpliga elektriskt små antenner. Noggrann kalibrering, korrigering av kabelförlust, polarisationsjustering och ett tydligt definierat referensplan är avgörande för meningsfulla resultat.
Använda effektivitet och förstärkning vid antennval
Verkningsgrad, förstärkning, realiserad förstärkning, bandbredd, polarisering, strålbredd och VSWR bör utvärderas tillsammans. En antenn med hög riktningsförmåga kan fortfarande leverera dålig realiserad förstärkning om förlusten eller avvikelsen är för stor. Ingenjörer bör jämföra värden över hela driftsbandet och under representativa monteringsförhållanden.
Utforska RF MISOantennlösningareller granska vårantenntestningsmöjligheterFör applikationsspecifikt val, dela driftsband, erforderlig förstärkning, polarisering, monteringsbegränsningar och testmiljö med RF MISO-teamet.
För att lära dig mer om antenner, besök:
Publiceringstid: 14 juni 2024
