eficiencia de la antenaDescribe la eficacia con la que la potencia de radiofrecuencia recibida se convierte en potencia radiada. Es un parámetro clave de la antena, ya que las pérdidas por conducción, las pérdidas dieléctricas y el desajuste de impedancia pueden reducir la radiación útil incluso cuando la antena tiene un patrón adecuado.
La fórmula básica de eficiencia de radiación es:
Eficiencia de radiación, erad= Prad/ PAGaceptado
La eficiencia total también incluye el desajuste en la entrada de la antena:
Eficiencia total, e0= (1 - |Γ|2) erad
donde Prades potencia radiada, Paceptadoes la potencia aceptada y Γ es el coeficiente de reflexión de entrada. Esta guía explica las fórmulas de eficiencia de antena, los mecanismos de pérdida, la ganancia, la directividad, la ganancia realizada y los métodos de medición comunes.
Eficiencia de las antenas: definiciones y fórmulas
Figura 1
El concepto de eficiencia de la antena se puede definir utilizando la Figura 1.
La eficiencia total de la antena e0 se utiliza para calcular las pérdidas de la antena en la entrada y dentro de la estructura de la antena. Como se muestra en la Figura 1(b), estas pérdidas pueden deberse a:
1. Reflexiones debidas a la desadaptación entre la línea de transmisión y la antena;
2. Pérdidas del conductor y del dieléctrico.
La eficiencia total de la antena se puede obtener mediante la siguiente fórmula:
Es decir, la eficiencia total es igual al producto de la eficiencia de desajuste, la eficiencia del conductor y la eficiencia dieléctrica.
Generalmente es muy difícil calcular la eficiencia del conductor y la eficiencia dieléctrica, pero se pueden determinar experimentalmente. Sin embargo, los experimentos no permiten distinguir entre las dos pérdidas, por lo que la fórmula anterior se puede reescribir como:
ECD es la eficiencia de radiación de la antena y Γ es el coeficiente de reflexión.
Ganancia, directividad y ganancia real
DirectividadDescribe cuán concentrado está el patrón de radiación en una dirección determinada.GanarCombina directividad con eficiencia de radiación:
G = eradD
donde G es ganancia, D es directividad y erades la eficiencia de radiación. Por lo tanto, la ganancia tiene en cuenta las pérdidas por conducción y dieléctrico, pero normalmente excluye las pérdidas por desajuste de impedancia.
En general, se refiere a la ganancia relativa, que se define como "la relación entre la ganancia de potencia en una dirección específica y la potencia de una antena de referencia en una dirección de referencia". La potencia de entrada a esta antena debe ser igual. La antena de referencia puede ser un vibrador, una bocina u otra antena. En la mayoría de los casos, se utiliza una fuente puntual no direccional como antena de referencia. Por lo tanto:
La relación entre la potencia total radiada y la potencia total de entrada es la siguiente:
Ganancia realizadaIncluye el efecto de la discrepancia de entrada y está relacionado con la ganancia mediante:
Gcomprendió= (1 - |Γ|2)G
Cuando la antena está bien adaptada, la ganancia real se aproxima a la ganancia real. Si la desadaptación es significativa, la ganancia real es menor, incluso cuando el patrón de radiación y la eficiencia de radiación permanecen inalterados.
La relación entre ganancia y directividad es:
Si la antena está perfectamente adaptada a la línea de transmisión, |Γ| = 0 y la ganancia real es igual a la ganancia real. En sistemas prácticos, también deben considerarse las pérdidas del cable y el plano de referencia de calibración al comparar los valores medidos y simulados.
Factores clave que reducen la eficiencia de las antenas
- Conductividad finita del conductor y rugosidad superficial
- Pérdida dieléctrica en sustratos, radomos y materiales de soporte.
- Desajuste de impedancia en la alimentación
- Redes de adaptación con pérdidas, conectores y estructuras de alimentación
- Instalación cerca de metales, materiales absorbentes o el cuerpo humano.
- Tolerancias de fabricación y distribución de corriente dependiente de la frecuencia
Cómo se mide la eficiencia de una antena
El método de medición depende del tipo de antena, el rango de frecuencia y las instalaciones de prueba disponibles. Los enfoques comunes incluyen la comparación de ganancia-directividad, la integración del patrón de radiación, las mediciones en cámara reverberante y el método de la tapa de Wheeler para antenas eléctricamente pequeñas adecuadas. Una calibración precisa, la corrección de pérdidas en el cable, la alineación de la polarización y un plano de referencia claramente definido son esenciales para obtener resultados significativos.
Utilización de la eficiencia y la ganancia en la selección de antenas
La eficiencia, la ganancia, la ganancia efectiva, el ancho de banda, la polarización, el ancho de haz y la ROE deben evaluarse conjuntamente. Una antena de alta directividad puede ofrecer una ganancia efectiva baja si la pérdida o el desajuste son excesivos. Los ingenieros deben comparar los valores en toda la banda de operación y en condiciones de montaje representativas.
Explorar RF MISOsoluciones de antenaso revise nuestracapacidades de prueba de antenasPara la selección específica de la aplicación, comparta con el equipo de RF MISO la banda de operación, la ganancia requerida, la polarización, las limitaciones de montaje y el entorno de prueba.
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Fecha de publicación: 14 de junio de 2024
