De efficiëntie van een antenne hangt af van het geleverde vermogen en het uitgestraalde vermogen. Een zeer efficiënte antenne straalt het grootste deel van de energie uit die aan de antenne wordt geleverd. Een inefficiënte antenne absorbeert het grootste deel van het vermogen dat in de antenne verloren gaat. Een inefficiënte antenne kan ook veel energie weerkaatsen als gevolg van impedantiemismatch. Verminder het uitgestraalde vermogen van een inefficiënte antenne ten opzichte van een efficiëntere antenne.
[Kanttekening: Antenne-impedantie wordt in een later hoofdstuk besproken. Impedantiemismatch is het gereflecteerde vermogen van de antenne omdat de impedantie een onjuiste waarde heeft. Dit wordt daarom impedantiemismatch genoemd.]
Het verlies in de antenne is geleidingsverlies. Geleidingsverliezen zijn te wijten aan de beperkte geleidbaarheid van de antenne. Een ander verliesmechanisme is diëlektrisch verlies. Diëlektrische verliezen in de antenne zijn te wijten aan geleiding in het diëlektrische materiaal. Isolatiemateriaal kan in of rond de antenne aanwezig zijn.
De verhouding tussen het rendement van de antenne en het uitgestraalde vermogen kan worden geschreven als het ingangsvermogen van de antenne. Dit is vergelijking [1]. Ook bekend als stralingsrendement, antenne-efficiëntie.
[Vergelijking 1]
Efficiëntie is een verhouding. Deze verhouding is altijd een getal tussen 0 en 1. Efficiëntie wordt vaak uitgedrukt in procenten. Een efficiëntie van 0,5 is bijvoorbeeld tot 50% hetzelfde. Antenne-efficiëntie wordt ook vaak uitgedrukt in decibel (dB). Een efficiëntie van 0,1 is gelijk aan 10%. Dit is ook gelijk aan -10 decibel (-10 decibel). Een efficiëntie van 0,5 is gelijk aan 50%. Dit is ook gelijk aan -3 decibel (dB).
De eerste vergelijking wordt soms de stralingsefficiëntie van de antenne genoemd. Dit onderscheidt deze van een andere veelgebruikte term, de totale effectiviteit van de antenne. Totale effectieve efficiëntie: de stralingsefficiëntie van de antenne vermenigvuldigd met het impedantiemismatchverlies van de antenne. Impedantiemismatchverlies treedt op wanneer de antenne fysiek is aangesloten op de transmissielijn of ontvanger. Dit kan worden samengevat in formule [2].
[Vergelijking 2]
formule [2]
Impedantiemismatchverlies is altijd een getal tussen 0 en 1. Daarom is de totale antenne-efficiëntie altijd lager dan de stralingsefficiëntie. Nogmaals, als er geen verliezen zijn, is de stralingsefficiëntie gelijk aan de totale antenne-efficiëntie als gevolg van impedantiemismatch.
Het verbeteren van de efficiëntie is een van de belangrijkste antenneparameters. Het kan zeer dicht bij 100% liggen met een satellietschotel, hoornantenne of halve golflengte dipool zonder verliesgevend materiaal eromheen. Antennes voor mobiele telefoons of consumentenelektronica hebben doorgaans een efficiëntie van 20%-70%. Dit komt overeen met -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Vaak te wijten aan verlies van elektronica en materialen rondom de antenne. Deze hebben de neiging om een deel van het uitgestraalde vermogen te absorberen. De energie wordt omgezet in warmte-energie en er is geen straling. Dit vermindert de efficiëntie van de antenne. Autoradioantennes kunnen werken op AM-radiofrequenties met een antenne-efficiëntie van 0,01. [Dit is 1% of -20 dB.] Deze inefficiëntie komt doordat de antenne kleiner is dan een halve golflengte op de werkfrequentie. Dit vermindert de efficiëntie van de antenne aanzienlijk. Draadloze verbindingen worden in stand gehouden omdat AM-zendmasten een zeer hoog zendvermogen gebruiken.
Impedantiemismatchverliezen worden besproken in de Smith Chart en de secties Impedantiematching. Impedantiematching kan de efficiëntie van de antenne aanzienlijk verbeteren.
Antenneversterking
De antenneversterking op lange termijn beschrijft hoeveel vermogen er wordt uitgezonden in de piekstralingsrichting, ten opzichte van een isotrope bron. De antenneversterking wordt meestal vermeld in de specificatiebladen van een antenne. Deze versterking is belangrijk omdat deze rekening houdt met de daadwerkelijk optredende verliezen.
Een antenne met 3 dB versterking betekent dat het ontvangen vermogen van de antenne 3 dB veel hoger is dan het vermogen dat ontvangen zou worden van een verliesvrije isotrope antenne met hetzelfde ingangsvermogen. 3 dB komt overeen met twee keer het geleverde vermogen.
Antenneversterking wordt soms besproken als een functie van richting of hoek. Wanneer echter één enkel getal de versterking aangeeft, dan is dat getal de piekversterking voor alle richtingen. De "G" van antenneversterking kan worden vergeleken met de richtingsgevoeligheid van "D" van het futuristische type.
[Vergelijking 3]
De versterking van een echte antenne, die net zo hoog kan zijn als een zeer grote satellietschotel, is 50 dB. De richtingsgevoeligheid kan, net als bij een echte antenne (zoals een korte dipoolantenne), zo laag zijn als 1,76 dB. De richtingsgevoeligheid kan nooit lager zijn dan 0 dB. De maximale antenneversterking kan echter willekeurig klein zijn. Dit komt door verliezen of inefficiëntie. Elektrisch kleine antennes zijn relatief kleine antennes die werken op de golflengte van de frequentie waarop de antenne werkt. Kleine antennes kunnen zeer inefficiënt zijn. De antenneversterking is vaak lager dan -10 dB, zelfs als er geen rekening wordt gehouden met impedantiemismatch.
Plaatsingstijd: 16-11-2023
