Antennin tehokkuuskuvaa sitä, kuinka tehokkaasti hyväksytty radiotaajuusteho muunnetaan säteilytehoksi. Se on keskeinen antennin parametri, koska johdinhäviö, dielektrinen häviö ja impedanssin epäsuhta voivat vähentää käyttökelpoista säteilyä, vaikka antennilla olisi sopiva kuvio.
Säteilytehokkuuden peruskaava on:
Säteilytehokkuus, esärmikäs= Psärmikäs/ Phyväksytty
Kokonaishyötysuhde sisältää myös antennitulossa olevan epäsuhdan:
Kokonaistehokkuus, e0= (1 - |Γ|2) esärmikäs
jossa Psärmikäson säteilyteho, Phyväksyttyon hyväksytty teho ja Γ on tulosignaalin heijastuskerroin. Tässä oppaassa selitetään antennin hyötysuhdekaavat, häviömekanismit, vahvistus, suuntaavuus, toteutunut vahvistus ja yleiset mittausmenetelmät.
Antennin hyötysuhde: Määritelmät ja kaavat
Kuva 1
Antennin hyötysuhteen käsite voidaan määritellä kuvan 1 avulla.
Antennin kokonaishyötysuhdetta e0 käytetään antennin tulohäviöiden ja antennirakenteen sisäisen antennin häviöiden laskemiseen. Kuvan 1(b) mukaisesti nämä häviöt voivat johtua seuraavista:
1. Heijastukset johtuen siirtolinjan ja antennin välisestä epäsuhdasta;
2. Johdin- ja dielektriset häviöt.
Antennin kokonaishyötysuhde voidaan saada seuraavasta kaavasta:
Eli kokonaishyötysuhde = epäsuhtahyötysuhteen, johtimen hyötysuhteen ja dielektrisen hyötysuhteen tulo.
Johtimen hyötysuhteen ja dielektrisen hyötysuhteen laskeminen on yleensä erittäin vaikeaa, mutta ne voidaan määrittää kokeiluilla. Kokeellinen lähestymistapa ei kuitenkaan pysty erottamaan näitä kahta häviötä, joten yllä oleva kaava voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:
ecd on antennin säteilytehokkuus ja Γ on heijastuskerroin.
Vahvistus, suuntaavuus ja toteutunut vahvistus
Suuntaaminenkuvaa, kuinka keskittynyt säteilykuvio on tietyssä suunnassa.Saadayhdistää suuntaavuuden säteilytehokkuuteen:
G = esärmikäsD
jossa G on vahvistus, D on suuntaavuus ja esärmikäson säteilytehokkuus. Vahvistus ottaa siis huomioon johtimen ja dielektrisen häviön, mutta ei yleensä sisällä impedanssin aiheuttamaa epäsuhtahäviötä.
Yleisesti ottaen se viittaa suhteelliseen vahvistukseen, joka määritellään "tehonvahvistuksen suhteena tietyssä suunnassa referenssiantennin tehoon referenssisuunnassa". Tämän antennin tulotehon on oltava yhtä suuri. Referenssiantenni voi olla värähtelijä-, torvi- tai muu antenni. Useimmissa tapauksissa referenssiantennina käytetään suuntaamatonta pistemäistä lähdettä. Siksi:
Kokonaissäteilytehon ja kokonaistulotehon välinen suhde on seuraava:
Toteutunut voittosisältää syötteen epäsuhdan vaikutuksen ja liittyy vahvistukseen seuraavasti:
Gtoteutunut= (1 - |Γ|2)G
Kun antenni on hyvin sovitettu, toteutunut vahvistus lähestyy vahvistusta. Jos epäsuhta on merkittävä, toteutunut vahvistus on pienempi, vaikka säteilykuvio ja säteilytehokkuus pysyisivät muuttumattomina.
Vahvistuksen ja suuntaavuuden välinen suhde on:
Jos antenni on täysin sovitettu siirtolinjaan, |Γ| = 0 ja toteutunut vahvistus on yhtä suuri kuin vahvistus. Käytännön järjestelmissä kaapelin häviö ja kalibroinnin referenssitaso on myös otettava huomioon verrattaessa mitattuja ja simuloituja arvoja.
Keskeiset tekijät, jotka vähentävät antennin tehokkuutta
- Äärellisen johtimen johtavuus ja pinnan karheus
- Dielektrinen häviö substraateissa, radomeissa ja tukimateriaaleissa
- Impedanssin epäsuhta syötössä
- Häviölliset yhteensovitusverkot, liittimet ja syöttörakenteet
- Asennus metallin, absorboivien materiaalien tai ihmiskehon lähelle
- Valmistustoleranssit ja taajuudesta riippuva virranjako
Miten antennin hyötysuhdetta mitataan
Mittausmenetelmä riippuu antennin tyypistä, taajuusalueesta ja käytettävissä olevista testauslaitoksista. Yleisiä lähestymistapoja ovat vahvistuksen ja suuntaavuuden vertailu, säteilykuvion integrointi, jälkikaiuntakammiomittaukset ja Wheeler-cap-menetelmä sopiville sähköisesti pienille antenneille. Tarkka kalibrointi, kaapelihäviöiden korjaus, polarisaation kohdistaminen ja selkeästi määritelty referenssitaso ovat olennaisia merkittävien tulosten saamiseksi.
Tehokkuuden ja vahvistuksen hyödyntäminen antennin valinnassa
Hyötysuhde, vahvistus, toteutunut vahvistus, kaistanleveys, polarisaatio, keilanleveys ja VSWR tulisi arvioida yhdessä. Korkean suuntaavuuden omaava antenni voi silti tuottaa huonon toteutuneen vahvistuksen, jos häviö tai epäsuhta on liiallinen. Insinöörien tulisi vertailla arvoja koko toimintakaistalla ja edustavissa asennusolosuhteissa.
Tutustu RF MISOonantenniratkaisuttai tutustu meidänantennin testausmahdollisuudetSovelluskohtaista valintaa varten jaa toimintakaista, vaadittu vahvistus, polarisaatio, asennusrajoitukset ja testiympäristö RF MISO -tiimin kanssa.
Lisätietoja antenneista saat osoitteesta:
Julkaisun aika: 14. kesäkuuta 2024
