Wie man die Effizienz und Antenne Antennengewinn caculate

Hier werden zwei grundlegende Antennenparameter vorgestellt: Antennenwirkungsgrad und Antennengewinn.
 

Antennenwirkungsgrad

Der Wirkungsgrad einer Antenne bezieht sich auf die an die Antenne abgegebene Leistung und die innerhalb der Antenne abgestrahlte oder abgegebene Leistung. Bei einer hocheffizienten Antenne wird der größte Teil der am Eingang der Antenne vorhandenen Leistung abgestrahlt. Bei einer Antenne mit geringem Wirkungsgrad wird der größte Teil der Leistung als Verlust in der Antenne absorbiert oder aufgrund einer Impedanzfehlanpassung wegreflektiert.
 

[Randnotiz: Die Antennenimpedanz wird in einem späteren Abschnitt erläutert. Impedanzfehlanpassung ist einfach die von der Anantenne reflektierte Leistung, da die Impedanz nicht der richtige Wert ist. daher "Impedancemismatch". ]]
 

Die innerhalb einer Antenne verbundenen Verluste sind typischerweise die Leitungsverluste (aufgrund der endlichen Leitfähigkeit der Antenne) und die dielektrischen Verluste (aufgrund der Leitung innerhalb eines Dielektrikums, das in einer Antenne vorhanden sein kann).

 

Der Antennenwirkungsgrad (oder der Strahlungswirkungsgrad) kann als Verhältnis der Strahlungsleistung zur Eingangsleistung der Antenne geschrieben werden:

Effizienz ist letztendlich ein Verhältnis, das eine Zahl zwischen 0 und 1 ergibt. Effizienz wird sehr oft als Prozentsatz angegeben; Ein Wirkungsgrad von 0.5 entspricht beispielsweise 50%. Die Antenneneffizienz wird auch häufig in Dezibel (dB) angegeben. Ein Wirkungsgrad von 0.1 beträgt 10% oder (-10 dB) und ein Wirkungsgrad von 0.5 oder 50% beträgt -3 dB.

 

Gleichung [1] wird manchmal auf die Strahlungseffizienz der Antenne bezogen. Dies unterscheidet es von einem anderen häufig verwendeten Begriff, der als "Gesamteffizienz" einer Antenne bezeichnet wird. Der Gesamtwirkungsgrad einer Antenne ist der Strahlungswirkungsgrad multipliziert mit dem Impedanzfehlanpassungsverlust der Antenne, wenn sie an einen Übertragungsleitungs- oder Empfänger (Funk oder Sender) angeschlossen ist. Dies kann in Gleichung [2] zusammengefasst werden, wo der Antennenwirkungsgrad ist der Gesamtwirkungsgrad der Antenne, der Impedanzfehlverlust, ist der Antennenverlust aufgrund einer Impedanzfehlanpassung,  und der Gesamtwirkungsgrad ist der Strahlungswirkungsgrad der Antenne.

 

 

Da   Wenn die Zahl immer zwischen 0 und 1 liegt, ist der Gesamtwirkungsgrad der Antenne immer geringer als der Strahlungswirkungsgrad der Antenne. Anders gesagt, der Strahlungswirkungsgrad ist der gleiche wie der gesamte Antennenwirkungsgrad, wenn es keinen Verlust aufgrund einer Impedanzfehlanpassung gab.

 

Effizienz ist einer der wichtigsten Antennenparameter. Sie kann für Schalen, Hornantennen oder Dipole mit halber Wellenlänge ohne verlustbehaftete Materialien sehr nahe bei 100% (oder 0 dB) liegen. Mobiltelefonantennen oder WLAN-Antennen in Produkten der Unterhaltungselektronik weisen typischerweise Wirkungsgrade von 20% bis 70 auf % (-7 bis -1.5 dB). Die Verluste sind häufig auf die Elektronik und die Materialien zurückzuführen, die die Antennen umgeben. Diese neigen dazu, einen Teil der abgestrahlten Leistung (Umwandlung der Energie in Wärme) zu absorbieren, was den Wirkungsgrad der Antenne verringert. Autoradioantennen können bei den AM-Funkfrequenzen einen Gesamtantennenwirkungsgrad von -20 dB (1% Wirkungsgrad) aufweisen. Dies liegt daran, dass die Antennen bei der Betriebsfrequenz viel kleiner als eine halbe Wellenlänge sind, was den Antennenwirkungsgrad erheblich senkt. Die Funkverbindung bleibt erhalten, da der AM Broadcast Tower eine sehr hohe Sendeleistung verbraucht.

 

Die Verbesserung des Impedanzfehlanpassungsverlusts wird im Abschnitt Smith-Diagramme und Impedanzanpassung erörtert. Impedanzanpassung kann die Effizienz einer Antenne erheblich verbessern.

 

Antennengewinn

Der Begriff Antennenverstärkung beschreibt, wie viel Leistung in Richtung der Spitzenstrahlung auf die einer Isotropiequelle übertragen wird. Der Antennengewinn wird häufiger im Datenblatt einer realen Antenne angegeben, da er die tatsächlich auftretenden Verluste berücksichtigt.

 

Eine Antenne mit einer Verstärkung von 3 dB bedeutet, dass die weit von der Antenne empfangene Leistung 3 dB höher ist (doppelt so viel) als die, die von einer verlustfreien isotropen Antenne mit der gleichen Eingangsleistung empfangen würde.

 

Die Antennenverstärkung wird manchmal als eine Funktion des Winkels diskutiert, aber wenn eine einzelne Zahl angegeben wird, ist die Verstärkung die "Spitzenverstärkung" über alle Richtungen. Die Antennenverstärkung (G) kann mit der Richtwirkung (D) in Beziehung gesetzt werden durch:

 

 

Der Gewinn einer echten Antenne kann bei sehr großen Antennen 40-50 dB betragen (obwohl dies selten der Fall ist). Die Richtwirkung kann für eine echte Antenne nur 1.76 dB betragen (Beispiel: kurze Dipolantenne), kann jedoch theoretisch niemals unter 0 dB liegen. Die Spitzenverstärkung der Anantenne kann jedoch aufgrund von Verlusten oder geringem Wirkungsgrad beliebig niedrig sein. Elektrisch kleine Antennen (klein im Verhältnis zur Wellenlänge der Frequenz, mit der die Antenne arbeitet) können sehr ineffizient sein, wobei die Antennengewinne unter -10 dB liegen (auch ohne) Berücksichtigung von Impedanzfehlanpassungsverlusten).

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