Wydajność promieniowania

W teorii anten wydajność promieniowania jest miarą tego, jak dobrze antena radiowa przetwarza moc o częstotliwości radiowej akceptowaną na jej zaciskach na moc promieniowania. Podobnie w przypadku anteny odbiorczej opisuje ona część mocy fali radiowej przechwyconej przez antenę, która jest faktycznie dostarczana jako sygnał elektryczny. Nie należy jej mylić ze sprawnością anteny , która odnosi się do anten aperturowych, takich jak reflektor paraboliczny lub układ fazowy , ani ze skutecznością oświetlenia anteny/apertury , która odnosi się do maksymalnej kierunkowość anteny/apertury do jej standardowej kierunkowości .

Definicja

Sprawność promieniowania definiuje się jako „stosunek całkowitej mocy wypromieniowanej przez antenę do mocy netto odbieranej przez antenę z podłączonego nadajnika”. Czasami jest wyrażany w procentach (mniej niż 100) i zależy od częstotliwości. Można go również opisać w decybelach . Zysk anteny to kierunkowość pomnożona przez wydajność promieniowania. Tak więc mamy

${\ Displaystyle G = e_ {R} \, D}$

gdzie $to$ zysk anteny w określonym kierunku, $wydajność$$kierunku$ a to kierunkowość anteny w określonym .

W przypadku anten drutowych, które mają określoną odporność na promieniowanie , wydajność promieniowania jest stosunkiem odporności na promieniowanie do całkowitej rezystancji anteny, w tym strat doziemnych (patrz poniżej) i rezystancji przewodnika. W praktycznych przypadkach strata rezystancyjna w dowolnej sieci strojenia i/lub dopasowywania jest często uwzględniana, chociaż utrata sieci nie jest ściśle właściwością anteny.

W przypadku innych typów anten wydajność promieniowania jest trudniejsza do obliczenia i jest zwykle określana na podstawie pomiarów.

Efektywność promieniowania anteny lub układu antenowego posiadającego kilka portów

W przypadku anteny lub układu antenowego mającego wiele portów, wydajność promieniowania zależy od wzbudzenia. Dokładniej, wydajność promieniowania zależy od względnych faz i względnych amplitud sygnałów doprowadzanych do różnych portów. Zależność tę można zignorować, jeśli interakcje między portami są wystarczająco małe. Te interakcje mogą być duże w wielu rzeczywistych konfiguracjach, na przykład w układzie anten wbudowanym w telefon komórkowy w celu zapewnienia różnorodności przestrzennej i/lub multipleksowania przestrzennego. W tym kontekście możliwe jest zdefiniowanie metryki sprawności jako minimalnej sprawności promieniowania dla wszystkich możliwych wzbudzeń, oznaczanej przez ${\ Displaystyle e_ {R \, MIN}}$ lub jako wartość wydajności promieniowania podana przez ${\ Displaystyle F_ {RE} = {\ sqrt {1- e_{R\,MIN}}}}$ .

Pomiar wydajności promieniowania

Pomiary wydajności promieniowania są trudne. Klasyczne techniki obejmują „metodę Wheelera” (nazywaną również „metodą kołpaka Wheelera”) oraz „metodę współczynnika Q”. Metoda Wheelera wykorzystuje dwa pomiary impedancji, z których jeden przeprowadzany jest z anteną umieszczoną w metalowej obudowie (nasadce). Niestety obecność nasadki może znacząco zmienić rozkład prądu na antenie, przez co trudno jest określić wynikową dokładność. Metoda współczynnika Q nie wykorzystuje metalowej obudowy, ale opiera się na założeniu, że znany jest współczynnik Q idealnej anteny, przy czym idealna antena jest identyczna z rzeczywistą anteną, z wyjątkiem tego, że przewodniki mają doskonałe przewodnictwo, a wszelkie dielektryki mają zerowa strata. Zatem metoda współczynnika Q jest tylko częściowo eksperymentalna, ponieważ opiera się na obliczeniach teoretycznych przy użyciu założonej geometrii rzeczywistej anteny. Jego dokładność jest również trudna do określenia. Inne techniki pomiaru wydajności promieniowania obejmują: metodę całkowania wzorców, która wymaga pomiarów wzmocnienia w wielu kierunkach i dwóch polaryzacjach; oraz techniki komory pogłosowej, które wykorzystują komorę pogłosową z mieszaniem modalnym.

Straty omowe i uziemienia

Utratę mocy o częstotliwości radiowej na ciepło można podzielić na wiele różnych sposobów, w zależności od liczby znacznie stratnych obiektów połączonych elektrycznie z anteną oraz pożądanego poziomu szczegółowości. Zazwyczaj najprostsze jest rozważenie dwóch rodzajów strat: strat rezystancyjnych i strat doziemnych .

W odróżnieniu od utraty uziemienia termin strata omowa odnosi się do oporu wytwarzającego ciepło w przepływie prądu radiowego w przewodach anteny, ich połączeniach elektrycznych i ewentualnie stratach w przewodzie zasilającym anteny. Ze względu na efekt naskórkowy odporność na prąd o częstotliwości radiowej jest na ogół znacznie wyższa niż odporność na prąd stały.

W przypadku pionowych monopoli i innych anten umieszczonych blisko ziemi utrata uziemienia występuje z powodu oporu elektrycznego napotykanego przez pola o częstotliwości radiowej i prądy przechodzące przez glebę w pobliżu anteny, a także rezystancję omową metalowych przedmiotów w otoczeniu anteny (takich jak maszt lub łodyga) i rezystancji omowej w płaszczyźnie uziemienia / przeciwwadze oraz w połączeniach elektrycznych i mechanicznych. Rozważając anteny, które są zamontowane kilka długości fal nad ziemią na nieprzewodzącym, przezroczystym dla promieniowania maszcie, straty uziemienia są na tyle małe w porównaniu ze stratami przewodnika, że ​​można je zignorować.