L'efficienza di un'antenna è correlata alla potenza fornita all'antenna e alla potenza irradiata dall'antenna. Un'antenna altamente efficiente irradierà la maggior parte dell'energia trasmessa. Un'antenna inefficiente assorbe la maggior parte della potenza dispersa al suo interno. Un'antenna inefficiente può anche subire una notevole riflessione di energia a causa di un disadattamento di impedenza. Ridurre la potenza irradiata di un'antenna inefficiente rispetto a un'antenna più efficiente.
[Nota a margine: l'impedenza dell'antenna verrà discussa in un capitolo successivo. Il disadattamento di impedenza è la potenza riflessa dall'antenna perché l'impedenza è un valore errato. Pertanto, questo è chiamato disadattamento di impedenza.]
Il tipo di perdita all'interno dell'antenna è la perdita di conduzione. Le perdite di conduzione sono dovute alla conduttività finita dell'antenna. Un altro meccanismo di perdita è la perdita dielettrica. Le perdite dielettriche nell'antenna sono dovute alla conduzione nel materiale dielettrico. All'interno o intorno all'antenna può essere presente materiale isolante.
Il rapporto tra l'efficienza dell'antenna e la potenza irradiata può essere espresso come potenza di ingresso dell'antenna. Questa è l'equazione [1]. Nota anche come efficienza di radiazione, efficienza dell'antenna.
[Equazione 1]
L'efficienza è un rapporto. Questo rapporto è sempre una quantità compresa tra 0 e 1. L'efficienza è spesso espressa in percentuale. Ad esempio, un'efficienza di 0,5 equivale fino al 50%. L'efficienza di un'antenna è spesso espressa in decibel (dB). Un'efficienza di 0,1 equivale al 10%. Questo equivale anche a -10 decibel (-10 decibel). Un'efficienza di 0,5 equivale al 50%. Questo equivale anche a -3 decibel (dB).
La prima equazione è talvolta chiamata efficienza di radiazione dell'antenna. Questo la distingue da un altro termine comunemente usato chiamato efficacia totale dell'antenna. Efficienza effettiva totale Efficienza di radiazione dell'antenna moltiplicata per la perdita di disadattamento di impedenza dell'antenna. Le perdite di disadattamento di impedenza si verificano quando l'antenna è fisicamente collegata alla linea di trasmissione o al ricevitore. Questo può essere riassunto nella formula [2].
[Equazione 2]
formula [2]
La perdita per disadattamento di impedenza è sempre un numero compreso tra 0 e 1. Pertanto, l'efficienza complessiva dell'antenna è sempre inferiore all'efficienza di radiazione. Per ribadire questo concetto, se non ci sono perdite, l'efficienza di radiazione è uguale all'efficienza totale dell'antenna dovuta al disadattamento di impedenza.
Il miglioramento dell'efficienza è uno dei parametri più importanti per un'antenna. Può essere molto vicina al 100% con un'antenna parabolica, un'antenna a tromba o un dipolo a mezza lunghezza d'onda senza alcun materiale di dispersione attorno. Le antenne per telefoni cellulari o per l'elettronica di consumo hanno in genere un'efficienza del 20%-70%. Ciò equivale a -7 dB -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Spesso è dovuto alla perdita di componenti elettronici e materiali che circondano l'antenna. Questi tendono ad assorbire parte della potenza irradiata. L'energia viene convertita in energia termica e non c'è radiazione. Questo riduce l'efficienza dell'antenna. Le antenne per autoradio possono funzionare alle frequenze radio AM con un'efficienza di 0,01 [che corrisponde all'1% o a -20 dB]. Questa inefficienza è dovuta al fatto che l'antenna è più piccola di mezza lunghezza d'onda alla frequenza operativa. Ciò riduce notevolmente l'efficienza dell'antenna. I collegamenti wireless vengono mantenuti perché le torri di trasmissione AM impiegano una potenza di trasmissione molto elevata.
Le perdite per disadattamento di impedenza sono discusse nelle sezioni "Carta di Smith" e "Adattamento di impedenza". L'adattamento di impedenza può migliorare notevolmente l'efficienza dell'antenna.
Guadagno dell'antenna
Il guadagno d'antenna a lungo termine descrive la quantità di potenza trasmessa nella direzione di picco della radiazione, rispetto a una sorgente isotropica. Il guadagno d'antenna è più comunemente indicato nella scheda tecnica di un'antenna. Il guadagno d'antenna è importante perché tiene conto delle perdite effettive che si verificano.
Un'antenna con guadagno di 3 dB significa che la potenza ricevuta dall'antenna è 3 dB molto più alta di quella che verrebbe ricevuta da un'antenna isotropica senza perdite con la stessa potenza di ingresso. 3 dB equivalgono al doppio della potenza di alimentazione.
Il guadagno dell'antenna viene talvolta discusso in funzione della direzione o dell'angolo. Tuttavia, quando un singolo numero specifica il guadagno, allora quel numero rappresenta il guadagno di picco per tutte le direzioni. La "G" del guadagno dell'antenna può essere confrontata con la direttività "D" del tipo futuristico.
[Equazione 3]
Il guadagno di un'antenna reale, che può raggiungere il livello di una parabola satellitare di grandi dimensioni, è di 50 dB. La direttività può arrivare fino a 1,76 dB, come nel caso di un'antenna reale (ad esempio, un'antenna dipolo corta). La direzionalità non può mai essere inferiore a 0 dB. Tuttavia, il guadagno di picco dell'antenna può essere arbitrariamente piccolo. Ciò è dovuto a perdite o inefficienze. Le antenne elettricamente piccole sono antenne relativamente piccole che operano alla lunghezza d'onda della frequenza a cui operano. Le antenne piccole possono essere molto inefficienti. Il guadagno dell'antenna è spesso inferiore a -10 dB, anche senza considerare il disadattamento di impedenza.
Data di pubblicazione: 16-11-2023
