Die Effizienz einesAntennebezieht sich auf die Fähigkeit der Antenne, eingegebene elektrische Energie in abgestrahlte Energie umzuwandeln.Bei der drahtlosen Kommunikation hat die Antenneneffizienz einen wichtigen Einfluss auf die Qualität der Signalübertragung und den Stromverbrauch.
Der Wirkungsgrad der Antenne kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
Effizienz = (Strahlungsleistung / Eingangsleistung) * 100 %
Unter ihnen ist Strahlungsleistung die elektromagnetische Energie, die von der Antenne abgestrahlt wird, und Eingangsleistung ist die elektrische Energie, die der Antenne zugeführt wird.
Die Effizienz einer Antenne wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Antennendesign, Material, Größe, Betriebsfrequenz usw. Generell gilt: Je höher die Effizienz der Antenne, desto effektiver kann sie die eingegebene elektrische Energie in abgestrahlte Energie umwandeln Verbesserung der Qualität der Signalübertragung und Reduzierung des Stromverbrauchs.
Daher ist die Effizienz ein wichtiger Gesichtspunkt 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
Das Konzept der Antenneneffizienz kann anhand von Abbildung 1 definiert werden.
Zur Berechnung der Antennenverluste am Eingang und innerhalb der Antennenstruktur wird der Gesamtantennenwirkungsgrad e0 herangezogen.Gemäß Abbildung 1(b) können diese Verluste folgende Ursachen haben:
1. Reflexionen aufgrund einer Fehlanpassung zwischen der Übertragungsleitung und der Antenne;
2. Leiter- und dielektrische Verluste.
Der Gesamtantennenwirkungsgrad kann mit der folgenden Formel ermittelt werden:
Das heißt, Gesamtwirkungsgrad = Produkt aus Fehlanpassungswirkungsgrad, Leiterwirkungsgrad und dielektrischem Wirkungsgrad.
Die Berechnung der Leitereffizienz und der dielektrischen Effizienz ist normalerweise sehr schwierig, sie können jedoch durch Experimente ermittelt werden.Experimente können die beiden Verluste jedoch nicht 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
Eine weitere nützliche Kennzahl zur Beschreibung der Antennenleistung ist der Gewinn.Obwohl der Gewinn einer Antenne eng mit der Richtwirkung zusammenhängt, ist es ein Parameter, der sowohl die Effizienz als auch die Richtwirkung der Antenne berücksichtigt.Die Richtwirkung ist ein Parameter, der nur die Richtcharakteristik einer Antenne beschreibt und daher nur durch das Strahlungsmuster bestimmt wird.
Der Gewinn einer Antenne in einer bestimmten Richtung ist definiert als „4π-faches Verhältnis der Strahlungsintensität in dieser Richtung zur gesamten Eingangsleistung“.Wenn keine Richtung angegeben ist, wird im Allgemeinen der Gewinn in Richtung der maximalen Strahlung genommen.Daher gibt es im Allgemeinen:
Im Allgemeinen bezieht es sich auf den relativen Gewinn, der definiert ist als „das Verhältnis des Leistungsgewinns 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.Als Referenzantenne wird in den meisten Fällen eine ungerichtete Punktquelle verwendet.Daher:
Die Beziehung zwischen der gesamten Strahlungsleistung und der gesamten Eingangsleistung ist wie folgt:
Gemäß dem IEEE-Standard „beinhaltet der Gewinn keine Verluste aufgrund von Impedanzfehlanpassung (Reflexionsverlust) und Polarisationsfehlanpassung (Verlust).“Es gibt zwei Verstärkungskonzepte, eines wird als Verstärkung (G) und das andere als erreichbare Verstärkung (Gre) bezeichnet, das Reflexions-/Fehlanpassungsverluste berücksichtigt.
Die Beziehung zwischen Verstärkung und Richtwirkung ist:
Wenn die Antenne perfekt an die Übertragungsleitung angepasst ist, d. h. die Antenneneingangsimpedanz Zin gleich der charakteristischen Impedanz Zc der Leitung ist (|Γ| = 0), dann sind der Gewinn und der erreichbare Gewinn gleich (Gre = G). ).
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Juni 2024
