Antenne-efficiëntieDit beschrijft hoe effectief het ontvangen RF-vermogen wordt omgezet in uitgestraald vermogen. Het is een belangrijke antenneparameter, omdat geleiderverliezen, diëlektrische verliezen en impedantie-mismatch de bruikbare straling kunnen verminderen, zelfs wanneer de antenne een geschikt stralingspatroon heeft.
De basisformule voor de stralingsefficiëntie is:
Stralingsefficiëntie, erader= Prader/ Pgeaccepteerd
Het totale rendement omvat ook de impedantie-mismatch bij de antenne-ingang:
Totale efficiëntie, e0= (1 - |Γ|2) erader
waarbij Praderis het uitgestraalde vermogen, PgeaccepteerdΔT is het geaccepteerde vermogen en Γ is de ingangsreflectiecoëfficiënt. Deze handleiding legt de formules voor antenne-efficiëntie, verliesmechanismen, versterking, richtingsgevoeligheid, gerealiseerde versterking en gangbare meetmethoden uit.
Antenne-efficiëntie: definities en formules
Figuur 1
Het concept antenne-efficiëntie kan worden gedefinieerd aan de hand van Figuur 1.
De totale antenne-efficiëntie e0 wordt gebruikt om de antenneverliezen aan de ingang en binnen de antennestructuur te berekenen. Zoals weergegeven in figuur 1(b), kunnen deze verliezen het gevolg zijn van:
1. Reflecties als gevolg van een mismatch tussen de transmissielijn en de antenne;
2. Geleider- en diëlektrische verliezen.
Het totale rendement van de antenne kan worden berekend met de volgende formule:
Dat wil zeggen: totale efficiëntie = product van mismatch-efficiëntie, geleider-efficiëntie en diëlektrische efficiëntie.
Het is doorgaans erg moeilijk om de geleidingsefficiëntie en de diëlektrische efficiëntie te berekenen, maar ze kunnen wel experimenteel worden bepaald. Experimenten kunnen de twee verliezen echter niet van elkaar onderscheiden, dus de bovenstaande formule kan als volgt worden herschreven:
ecd is de stralingsefficiëntie van de antenne en Γ is de reflectiecoëfficiënt.
Versterking, richtingsgevoeligheid en gerealiseerde versterking
Richtingbeschrijft hoe geconcentreerd het stralingspatroon in een bepaalde richting is.Verdienencombineert richtingsgevoeligheid met stralingsefficiëntie:
G = eraderD
waarbij G de versterking is, D de richtingsgevoeligheid en eraderis de stralingsefficiëntie. De versterking houdt dus rekening met geleider- en diëlektrische verliezen, maar sluit normaal gesproken verliezen door impedantie-mismatch uit.
Over het algemeen verwijst het naar relatieve versterking, gedefinieerd als "de verhouding tussen de vermogensversterking in een bepaalde richting en het vermogen van een referentieantenne in een referentierichting". Het ingangsvermogen van deze antenne moet gelijk zijn. De referentieantenne kan een vibrator, hoornantenne of andere antenne zijn. In de meeste gevallen wordt een niet-directionele puntbron als referentieantenne gebruikt. Daarom:
De relatie tussen het totale uitgestraalde vermogen en het totale ingangsvermogen is als volgt:
Gerealiseerde winstDit omvat het effect van inputmismatch en is gerelateerd aan de versterking door:
Ggerealiseerd= (1 - |Γ|2)G
Wanneer de antenne goed is aangepast, benadert de gerealiseerde versterking de gewenste versterking. Als de aanpassing niet significant is, is de gerealiseerde versterking lager, zelfs als het stralingspatroon en de stralingsefficiëntie ongewijzigd blijven.
De relatie tussen versterking en richtingsgevoeligheid is:
Als de antenne perfect is afgestemd op de transmissielijn, is |Γ| = 0 en is de gerealiseerde versterking gelijk aan de versterking. In praktische systemen moet bij het vergelijken van gemeten en gesimuleerde waarden ook rekening worden gehouden met kabelverlies en het kalibratiereferentievlak.
Belangrijke factoren die de antenne-efficiëntie verminderen
- Eindige geleidbaarheid van de geleider en oppervlakteruwheid
- Diëlektrisch verlies in substraten, radomes en ondersteunende materialen
- Impedantie-mismatch bij de voeding
- Verliesgevende aanpassingsnetwerken, connectoren en voedingsstructuren
- Installatie in de buurt van metaal, absorberende materialen of het menselijk lichaam.
- Productietoleranties en frequentieafhankelijke stroomverdeling
Hoe wordt de antenne-efficiëntie gemeten?
De meetmethode is afhankelijk van het antennetype, het frequentiebereik en de beschikbare testfaciliteiten. Gangbare methoden omvatten vergelijking van versterking en richtingsgevoeligheid, integratie van het stralingspatroon, metingen in een nagalmruimte en de Wheeler-cap-methode voor geschikte, elektrisch kleine antennes. Nauwkeurige kalibratie, correctie van kabelverliezen, polarisatie-uitlijning en een duidelijk gedefinieerd referentievlak zijn essentieel voor zinvolle resultaten.
Het benutten van efficiëntie en versterking bij de antenneselectie.
Rendement, versterking, gerealiseerde versterking, bandbreedte, polarisatie, bundelbreedte en VSWR moeten gezamenlijk worden geëvalueerd. Een antenne met hoge directiviteit kan nog steeds een lage gerealiseerde versterking leveren als het verlies of de aanpassing te groot is. Ingenieurs moeten de waarden vergelijken over de volledige werkband en onder representatieve montageomstandigheden.
Ontdek RF MISOantenne-oplossingenof bekijk onzeantenne testmogelijkhedenVoor een toepassingsspecifieke selectie dient u de werkfrequentieband, de vereiste versterking, polarisatie, montagebeperkingen en testomgeving te delen met het RF MISO-team.
Ga voor meer informatie over antennes naar:
Geplaatst op: 14 juni 2024
