アンテナの効率は、アンテナに供給される電力とアンテナから放射される電力に関係しています。高効率アンテナは、アンテナに供給されるエネルギーの大部分を放射します。一方、低効率アンテナは、アンテナ内で失われる電力の大部分を吸収します。また、低効率アンテナは、インピーダンス不整合により、多くのエネルギーが反射される可能性があります。高効率アンテナと比較して、低効率アンテナの放射電力を低減する必要があります。
[補足：アンテナインピーダンスについては後の章で説明します。インピーダンス不整合とは、インピーダンス値が不正確なためにアンテナから反射される電力のことです。そのため、これをインピーダンス不整合と呼びます。]
アンテナ内部の損失の種類は伝導損失です。伝導損失は、アンテナの導電率が有限であることに起因します。もう一つの損失のメカニズムは誘電損失です。アンテナ内部の誘電損失は、誘電体材料における伝導に起因します。アンテナ内部または周囲に絶縁材料が存在する場合があります。
アンテナ効率と放射電力の比は、アンテナの入力電力として表すことができます。これは式[1]で表されます。放射効率、アンテナ効率とも呼ばれます。
[式1]
効率は比率です。この比率は常に0から1の間の数値です。効率は多くの場合、パーセントで表されます。例えば、効率0.5は50%まで同じです。アンテナ効率はデシベル（dB）で表されることもよくあります。効率0.1は10%に相当し、これは-10デシベル（-10デシベル）に相当します。効率0.5は50%に相当し、これは-3デシベル（dB）に相当します。
最初の式は、アンテナの放射効率と呼ばれることもあります。これは、アンテナの総合有効性と呼ばれる一般的な用語と区別するものです。総合有効効率は、アンテナの放射効率にアンテナのインピーダンス不整合損失を乗じたものです。インピーダンス不整合損失は、アンテナが伝送線路または受信機に物理的に接続されているときに発生します。これは式[2]で要約できます。
[式2]
式 [2]
インピーダンス不整合損失は常に0から1の間の数値です。したがって、アンテナ全体の効率は常に放射効率よりも低くなります。繰り返しますが、損失がない場合、放射効率はインピーダンス不整合によるアンテナ全体の効率と等しくなります。
効率の改善は、アンテナの最も重要なパラメータの 1 つです。衛星放送受信アンテナ、ホーン アンテナ、または半波長ダイポール アンテナを周囲に損失材料なしで使用すれば、効率は 100% に非常に近くなります。携帯電話のアンテナや民生用電子機器のアンテナの効率は通常 20% ～ 70% です。これは、-7 dB ～ 1.5 dB (-7、-1.5 dB) に相当します。多くの場合、アンテナの周囲の電子機器や材料の損失が原因です。これらは、放射電力をいくらか吸収する傾向があります。エネルギーは熱エネルギーに変換され、放射はありません。これにより、アンテナの効率が低下します。カー ラジオのアンテナは、AM ラジオ周波数で 0.01 のアンテナ効率で動作できます。[これは 1% または -20 dB です。] この非効率性は、アンテナが動作周波数での半波長よりも小さいためです。これにより、アンテナの効率が大幅に低下します。AM 放送塔は非常に高い送信電力を使用するため、ワイヤレス リンクは維持されます。
インピーダンス不整合損失については、スミスチャートとインピーダンス整合のセクションで説明します。インピーダンス整合はアンテナの効率を大幅に向上させることができます。
アンテナ利得
長期アンテナ利得は、等方性放射源に対するピーク放射方向への伝送電力を表します。アンテナ利得は、アンテナの仕様書に記載されていることが一般的です。アンテナ利得は、実際に発生する損失を考慮に入れているため重要です。
3 dB ゲインのアンテナとは、アンテナから受信する電力が、同じ入力電力を持つロスレス等方性アンテナから受信する電力よりも 3 dB 高いことを意味します。3 dB は、電源の 2 倍に相当します。
アンテナ利得は、方向や角度の関数として議論されることがあります。しかし、利得を単一の数値で表す場合、その数値は全方向における最大利得です。アンテナ利得の「G」は、未来型アンテナの「D」の指向性に相当します。
[式3]
実際のアンテナの利得は、非常に大きな衛星放送受信アンテナと同程度にまで達することもあり、50dBです。指向性は、実際のアンテナ（短いダイポールアンテナなど）と同様に、1.76dBまで低下することがあります。指向性は0dB未満になることはありません。ただし、アンテナのピーク利得は任意に小さくなる場合があります。これは、損失や非効率性によるものです。電気的に小型のアンテナとは、アンテナが動作する周波数の波長で動作する比較的小型のアンテナのことです。小型アンテナは非常に効率が悪い場合があります。インピーダンス不整合を考慮しない場合でも、アンテナ利得は-10dBを下回ることがよくあります。
投稿日時: 2023年11月16日
