Come caculate l'efficienza dell'antenna e l'antenna di guadagno

Qui, si introducono due parametri fondamentali di antenna: efficienza dell'antenna ed guadagno dell'antenna.
 

Antenna Efficienza

L'efficienza di un'antenna mette in relazione la potenza fornita all'antenna e la potenza irradiata o dissipata all'interno dell'antenna. Un'antenna ad alta efficienza ha la maggior parte della potenza presente all'ingresso dell'antenna irradiata. Un'antenna a bassa efficienza ha la maggior parte della potenza assorbita come perdite all'interno dell'antenna o riflessa a causa di una mancata corrispondenza dell'impedenza.
 

[Nota a margine: l'impedenza dell'antenna è discussa in una sezione successiva. Impedance Mismatch è semplicemente potenza riflessa da un'antenna perché la sua impedenza non è il valore corretto; quindi, "impedancemismatch". ]
 

Le perdite associate all'interno di un'antenna sono tipicamente le perdite di conduzione (dovute alla conducibilità finita dell'antenna) e le perdite dielettriche (dovute alla conduzione all'interno di un dielettrico che può essere presente all'interno di un'antenna).

 

L'efficienza dell'antenna (o efficienza di radiazione) può essere scritta come il rapporto tra la potenza irradiata e la potenza di ingresso dell'antenna:

L'efficienza è in definitiva un rapporto, che fornisce un numero compreso tra 0 e 1. L'efficienza è molto spesso citata in termini di percentuale; ad esempio, un'efficienza di 0.5 equivale al 50%. Anche l'efficienza dell'antenna è spesso espressa in decibel (dB); un'efficienza di 0.1 è del 10% o (-10 dB) e un'efficienza di 0.5 o 50% è -3 dB.

 

L'equazione [1] è talvolta indicata come efficienza di radiazione dell'antenna. Questo lo distingue da un altro termine usato a volte, chiamato "efficienza totale" di un'antenna. L'efficienza totale di un'antenna è l'efficienza della radiazione moltiplicata per la perdita di disadattamento di impedenza dell'antenna, quando collegata a una linea di trasmissione o ricevitore (radio o trasmettitore). Questo può essere riassunto nell'equazione [2], dove efficienza dell'antenna è l'efficienza totale dell'antenna, mismatchloss impedenza, è la perdita dell'antenna a causa di disadattamento di impedenza,  e l'efficienza totale isthe efficienza di radiazione dell'antenna.

 

 

Dal  è sempre un numero compreso tra 0 e 1, l'efficienza totale dell'antenna è sempre inferiore all'efficienza di radiazione dell'antenna. Detto in un altro modo, l'efficienza della radiazione è la stessa dell'efficienza totale dell'antenna se non vi fosse alcuna perdita dovuta al disadattamento di impedenza.

 

L'efficienza è uno dei parametri più importanti dell'antenna. Può essere molto vicino al 100% (o 0 dB) per piatti, antenne a tromba o dipoli a mezza lunghezza d'onda senza materiali con perdite intorno a loro.Le antenne per telefoni cellulari o le antenne wifi nei prodotti di elettronica di consumo, in genere hanno efficienze dal 20% -70 % (Da -7 a -1.5 dB). Le perdite sono spesso dovute all'elettronica e ai materiali che circondano le antenne; questi tendono ad assorbire parte della potenza irradiata (convertendo l'energia in calore), il che riduce l'efficienza dell'antenna. Le antenne per autoradio possono avere un'efficienza totale dell'antenna di -20 dB (efficienza dell'1%) alle frequenze radio AM; questo perché le antenne sono molto più piccole di una mezza lunghezza d'onda alla frequenza operativa, il che riduce notevolmente l'efficienza dell'antenna. Il collegamento radio è mantenuto perché la torre AM Broadcast utilizza una potenza di trasmissione molto elevata.

 

Il miglioramento della perdita di disadattamento di impedenza è discusso nelle tabelle di Smith e nella sezione relativa all'adattamento di impedenza. L'adattamento dell'impedenza può migliorare notevolmente l'efficienza di un'antenna.

 

Antenna Gain

Il termine Guadagno dell'antenna descrive quanta potenza viene trasmessa nella direzione della radiazione di picco a quella di una sorgente isotropica. Il guadagno dell'antenna è più comunemente citato nel foglio delle specifiche di un'antenna reale perché tiene conto delle perdite effettive che si verificano.

 

Un'antenna con un guadagno di 3 dB significa che la potenza ricevuta lontano dall'antenna sarà 3 dB più alta (il doppio) di quella ricevuta da un'antenna isotropica lossless con la stessa potenza di ingresso.

 

Il guadagno dell'antenna viene talvolta discusso come una funzione dell'angolo, ma quando viene citato un singolo numero il guadagno è il "guadagno di picco" in tutte le direzioni. Il guadagno dell'antenna (G) può essere correlato alla direttività (D) da:

 

 

Il guadagno di un'antenna reale può essere di 40-50 dB per antenne paraboliche molto grandi (anche se questo è raro). La direttività può essere fino a 1.76 dB per un'antenna reale (esempio: antenna dipolo corta), ma in teoria non può mai essere inferiore a 0 dB. Tuttavia, il guadagno di picco di un'antenna può essere arbitrariamente basso a causa di perdite o bassa efficienza. Le antenne elettriche piccole (piccole rispetto alla lunghezza d'onda della frequenza a cui opera l'antenna) possono essere molto inefficienti, con guadagni dell'antenna inferiori a -10 dB (anche senza tenendo conto della perdita di disadattamento di impedenza).

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