Antennin hyötysuhde liittyy antenniin syötettyyn tehoon ja antennin säteilemään tehoon. Erittäin tehokas antenni säteilee suurimman osan antenniin toimitetusta energiasta. Tehoton antenni absorboi suurimman osan antennin sisällä häviävästä tehosta. Tehottomasta antennista voi myös heijastua paljon energiaa ulos impedanssin epäsuhdan vuoksi. Vähennä tehottoman antennin säteilytehoa tehokkaampaan antenniin verrattuna.
[Sivuhuomautus: Antennin impedanssia käsitellään myöhemmässä luvussa. Impedanssin epäsuhta on antennista heijastunutta tehoa, koska impedanssi on virheellinen arvo. Siksi tätä kutsutaan impedanssin epäsuhtaksi.]
Antennin sisäinen häviötyyppi on johtumishäviö. Johtumishäviöt johtuvat antennin rajallisesta johtavuudesta. Toinen häviömekanismi on dielektrinen häviö. Antennin dielektriset häviöt johtuvat dielektrisen materiaalin johtavuudesta. Eristysmateriaalia voi olla antennin sisällä tai ympärillä.
Antennin hyötysuhteen suhde säteilytehoon voidaan kirjoittaa antennin tulotehona. Tämä on yhtälö [1]. Tunnetaan myös säteilytehokkuudena eli antennin hyötysuhteena.
[Yhtälö 1]
Hyötysuhde on suhdeluku. Tämä suhdeluku on aina jokin suure välillä 0 ja 1. Hyötysuhde ilmoitetaan usein prosenttiyksikköinä. Esimerkiksi hyötysuhde 0,5 on jopa 50 % sama. Antennin hyötysuhde ilmoitetaan usein myös desibeleinä (dB). Hyötysuhde 0,1 on 10 %. Tämä on myös yhtä kuin -10 desibeliä (-10 desibeliä). Hyötysuhde 0,5 on 50 %. Tämä on myös yhtä kuin -3 desibeliä (dB).
Ensimmäistä yhtälöä kutsutaan joskus antennin säteilytehokkuudeksi. Tämä erottaa sen toisesta yleisesti käytetystä termistä, jota kutsutaan antennin kokonaistehokkuudeksi. Kokonaistehokkuus on antennin säteilytehokkuus kerrottuna antennin impedanssin epäsuhtahäviöllä. Impedanssin epäsuhtahäviöt tapahtuvat, kun antenni on fyysisesti kytketty siirtolinjaan tai vastaanottimeen. Tämä voidaan tiivistää kaavaan [2].
[Yhtälö 2]
kaava [2]
Impedanssin epäsuhdan häviö on aina luku välillä 0 ja 1. Siksi antennin kokonaishyötysuhde on aina pienempi kuin säteilyhyötysuhde. Toistan tämän: jos häviöitä ei ole, säteilyhyötysuhde on yhtä suuri kuin antennin kokonaishyötysuhde impedanssin epäsuhdan vuoksi.
Hyötysuhteen parantaminen on yksi tärkeimmistä antennin parametreista. Se voi olla hyvin lähellä 100 % satelliittiantennilla, torviantennilla tai puolen aallonpituuden dipolilla ilman häviöllistä materiaalia ympärillä. Matkapuhelinantennien tai kulutuselektroniikan antennien hyötysuhde on tyypillisesti 20–70 %. Tämä vastaa -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Usein tämä johtuu antennia ympäröivän elektroniikan ja materiaalien häviöstä. Nämä yleensä absorboivat osan säteilytehosta. Energia muuttuu lämpöenergiaksi, eikä säteilyä synny. Tämä heikentää antennin hyötysuhdetta. Autoradioantennit voivat toimia AM-radiotaajuuksilla antennin hyötysuhteella 0,01. [Tämä on 1 % eli -20 dB.] Tämä tehottomuus johtuu siitä, että antenni on alle puolen aallonpituuden toimintataajuudella. Tämä heikentää huomattavasti antennin hyötysuhdetta. Langattomat yhteydet säilyvät, koska AM-lähetystornit käyttävät erittäin suurta lähetystehoa.
Impedanssin epäsuhdan häviöitä käsitellään Smithin kaaviossa ja impedanssin sovituksessa. Impedanssin sovitus voi parantaa huomattavasti antennin hyötysuhdetta.
Antennin vahvistus
Pitkäaikainen antennin vahvistus kuvaa, kuinka paljon tehoa lähetetään huippusäteilyn suunnassa suhteessa isotrooppiseen lähteeseen. Antennin vahvistus mainitaan yleisemmin antennin teknisissä tiedoissa. Antennin vahvistus on tärkeä, koska se ottaa huomioon todelliset häviöt.
3 dB:n vahvistuksella varustettu antenni tarkoittaa, että antennista vastaanotettu teho on 3 dB paljon suurempi kuin saman tulotehon omaavasta häviöttömästä isotrooppisesta antennista vastaanotettu teho. 3 dB vastaa kaksinkertaista tehonsyöttöä.
Antennin vahvistusta käsitellään joskus suunnan tai kulman funktiona. Kuitenkin, kun yksi luku määrittää vahvistuksen, kyseinen luku on huippuvahvistus kaikkiin suuntiin. Antennin vahvistuksen "G":tä voidaan verrata futuristisen tyyppisen "D":n suuntaavuuteen.
[Yhtälö 3]
Oikean antennin, joka voi olla jopa erittäin suuren satelliittiantennin suuruinen, vahvistus on 50 dB. Suuntavuus voi olla niinkin alhainen kuin 1,76 dB kuten oikealla antennilla (kuten lyhyellä dipoliantennilla). Suuntavuus ei voi koskaan olla alle 0 dB. Antennin huippuvahvistus voi kuitenkin olla mielivaltaisen pieni. Tämä johtuu häviöistä tai tehottomuudesta. Sähköisesti pienet antennit ovat suhteellisen pieniä antenneja, jotka toimivat antennin toimintataajuuden aallonpituudella. Pienet antennit voivat olla hyvin tehottomia. Antennin vahvistus on usein alle -10 dB, vaikka impedanssieroa ei otettaisi huomioon.
Julkaisun aika: 16.11.2023
