Die Effizienz einesAntennebezeichnet die Fähigkeit der Antenne, elektrische Eingangsenergie in Strahlungsenergie umzuwandeln. Bei der drahtlosen Kommunikation hat die Antenneneffizienz einen wichtigen Einfluss auf die Signalübertragungsqualität und den Stromverbrauch.
Die Effizienz der Antenne kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
Wirkungsgrad = (Abstrahlungsleistung / Eingangsleistung) * 100 %
Dabei ist die Strahlungsleistung die von der Antenne abgestrahlte elektromagnetische Energie und die Eingangsleistung die in die Antenne eingegebene elektrische Energie.
Die Effizienz einer Antenne wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Antennendesign, Material, Größe, Betriebsfrequenz usw. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Effizienz der Antenne, desto effektiver kann sie die eingehende elektrische Energie in Strahlungsenergie umwandeln, wodurch die Qualität der Signalübertragung verbessert und der Stromverbrauch gesenkt wird.
Daher ist die Effizienz ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung und Auswahl von Antennen, insbesondere bei Anwendungen, die eine Übertragung über große Entfernungen erfordern oder strenge Anforderungen an den Stromverbrauch stellen.
1. Antenneneffizienz
Abbildung 1
Der Begriff der Antenneneffizienz kann anhand von Abbildung 1 definiert werden.
Der Gesamtwirkungsgrad e0 dient zur Berechnung der Antennenverluste am Eingang und innerhalb der Antennenstruktur. Wie in Abbildung 1(b) dargestellt, können diese Verluste folgende Ursachen haben:
1. Reflexionen aufgrund einer Fehlanpassung zwischen der Übertragungsleitung und der Antenne;
2. Leiter- und dielektrische Verluste.
Die Gesamtantenneneffizienz kann mit der folgenden Formel ermittelt werden:
Das heißt, Gesamtwirkungsgrad = Produkt aus Fehlanpassungswirkungsgrad, Leiterwirkungsgrad und dielektrischem Wirkungsgrad.
Die Berechnung des Leiterwirkungsgrads und des dielektrischen Wirkungsgrads ist in der Regel sehr schwierig, lässt sich aber experimentell ermitteln. Experimente können jedoch nicht zwischen den beiden Verlusten unterscheiden, sodass die obige Formel wie folgt umgeschrieben werden kann:
ecd ist die Strahlungseffizienz der Antenne und Γ ist der Reflexionskoeffizient.
2. Gewinn und realisierter Gewinn
Ein weiteres nützliches Maß zur Beschreibung der Antennenleistung ist der Gewinn. Obwohl der Gewinn einer Antenne eng mit der Richtwirkung zusammenhängt, berücksichtigt er sowohl die Effizienz als auch die Richtwirkung der Antenne. Die Richtwirkung beschreibt lediglich die Richtcharakteristik einer Antenne und wird daher ausschließlich durch das Strahlungsmuster bestimmt.
Der Antennengewinn in einer bestimmten Richtung wird definiert als „4π mal das Verhältnis der Strahlungsintensität in dieser Richtung zur gesamten Eingangsleistung“. Wenn keine Richtung angegeben ist, wird in der Regel der Gewinn in Richtung der maximalen Strahlung verwendet. Daher gilt im Allgemeinen:
Im Allgemeinen bezieht es sich auf den relativen Gewinn, der definiert ist als „das Verhältnis der Leistungsverstärkung in einer bestimmten Richtung zur Leistung einer Referenzantenne in einer Referenzrichtung“. Die Eingangsleistung dieser Antenne muss gleich sein. Die Referenzantenne kann ein Vibrator, ein Horn oder eine andere Antenne sein. In den meisten Fällen wird eine ungerichtete Punktquelle als Referenzantenne verwendet. Daher:
Das Verhältnis zwischen der gesamten Strahlungsleistung und der gesamten Eingangsleistung ist wie folgt:
Gemäß dem IEEE-Standard „beinhaltet die Verstärkung keine Verluste aufgrund von Impedanzfehlanpassung (Reflexionsverlust) und Polarisationsfehlanpassung (Verlust).“ Es gibt zwei Verstärkungskonzepte, eines heißt Verstärkung (G) und das andere heißt erreichbare Verstärkung (Gre), bei der Reflexions-/Fehlanpassungsverluste berücksichtigt werden.
Die Beziehung zwischen Verstärkung und Richtwirkung ist:
Wenn die Antenne perfekt an die Übertragungsleitung angepasst ist, das heißt, die Antenneneingangsimpedanz Zin gleich der charakteristischen Impedanz Zc der Leitung ist (|Γ| = 0), dann sind die Verstärkung und die erreichbare Verstärkung gleich (Gre = G).
Um mehr über Antennen zu erfahren, besuchen Sie bitte:
Veröffentlichungszeit: 14. Juni 2024
