راندمان آنتناین پارامتر، میزان تبدیل مؤثر توان RF پذیرفته‌شده به توان تابشی را توصیف می‌کند. این پارامتر، یک پارامتر کلیدی آنتن است، زیرا تلفات هادی، تلفات دی‌الکتریک و عدم تطابق امپدانس می‌توانند تابش قابل استفاده را حتی زمانی که آنتن الگوی مناسبی دارد، کاهش دهند.
فرمول اساسی راندمان تابش عبارت است از:
راندمان تابش، eراد= پراد/ پپذیرفته شده
راندمان کل همچنین شامل عدم تطابق در ورودی آنتن می‌شود:
راندمان کل، e0= (1 - |Γ|۲) هراد
که در آن Pرادتوان تابشی، Pپذیرفته شدهتوان پذیرفته شده و Γ ضریب بازتاب ورودی است. این راهنما فرمول‌های راندمان آنتن، مکانیسم‌های تلفات، بهره، جهت‌گیری، بهره تحقق یافته و روش‌های اندازه‌گیری رایج را توضیح می‌دهد.
راندمان آنتن: تعاریف و فرمول‌ها
شکل ۱
مفهوم راندمان آنتن را می‌توان با استفاده از شکل ۱ تعریف کرد.
راندمان کل آنتن e0 برای محاسبه تلفات آنتن در ورودی و درون ساختار آنتن استفاده می‌شود. با توجه به شکل 1(b)، این تلفات ممکن است به دلایل زیر باشد:
۱. بازتاب‌های ناشی از عدم تطابق بین خط انتقال و آنتن؛
۲. تلفات هادی و دی‌الکتریک.
راندمان کل آنتن را می‌توان از فرمول زیر بدست آورد:
یعنی، راندمان کل = حاصلضرب راندمان عدم تطابق، راندمان رسانا و راندمان دی‌الکتریک.
معمولاً محاسبه راندمان هادی و راندمان دی‌الکتریک بسیار دشوار است، اما می‌توان آنها را با آزمایش تعیین کرد. با این حال، آزمایش‌ها نمی‌توانند این دو تلفات را از هم تشخیص دهند، بنابراین فرمول بالا را می‌توان به صورت زیر بازنویسی کرد:
ecd بازده تابشی آنتن و Γ ضریب بازتاب است.
سود، جهت‌دهی و سود تحقق‌یافته
جهت‌گیریتوصیف می‌کند که الگوی تابش در یک جهت مشخص چقدر متمرکز است.سودجهت‌گیری را با راندمان تابش ترکیب می‌کند:
جی = ایرادD
که در آن G بهره، D جهت‌گیری و e است.رادبازده تابشی است. بنابراین، بهره، تلفات هادی و دی‌الکتریک را در نظر می‌گیرد، اما معمولاً تلفات ناشی از عدم تطابق امپدانس را در نظر نمی‌گیرد.
به طور کلی، به بهره نسبی اشاره دارد که به صورت «نسبت بهره توان در یک جهت مشخص به توان یک آنتن مرجع در یک جهت مرجع» تعریف می‌شود. توان ورودی به این آنتن باید برابر باشد. آنتن مرجع می‌تواند ویبراتور، بوق یا آنتن دیگری باشد. در بیشتر موارد، از یک منبع نقطه‌ای غیر جهت‌دار به عنوان آنتن مرجع استفاده می‌شود. بنابراین:
رابطه بین کل توان تابشی و کل توان ورودی به شرح زیر است:
سود تحقق یافتهشامل اثر عدم تطابق ورودی است و با بهره از طریق زیر مرتبط است:
Gمتوجه شد= (1 - |Γ|۲)G
وقتی آنتن به خوبی تطبیق داده شود، بهره واقعی به بهره نزدیک می‌شود. اگر عدم تطبیق قابل توجه باشد، حتی زمانی که الگوی تابش و راندمان تابش بدون تغییر باقی بمانند، بهره واقعی کمتر است.
رابطه بین بهره و جهت‌پذیری به صورت زیر است:
اگر آنتن کاملاً با خط انتقال مطابقت داشته باشد، |Γ| = 0 و بهره تحقق یافته برابر با بهره خواهد بود. در سیستم‌های عملی، هنگام مقایسه مقادیر اندازه‌گیری شده و شبیه‌سازی شده، باید تلفات کابل و صفحه مرجع کالیبراسیون نیز در نظر گرفته شود.
عوامل کلیدی که راندمان آنتن را کاهش می‌دهند
- رسانایی رسانای محدود و زبری سطح
- تلفات دی‌الکتریک در زیرلایه‌ها، رادوم‌ها و مواد نگهدارنده
- عدم تطابق امپدانس در تغذیه
- شبکه‌های تطبیق اتلافی، رابط‌ها و ساختارهای تغذیه
- نصب در نزدیکی فلز، مواد جاذب رطوبت یا بدن انسان
- تلرانس‌های تولید و توزیع جریان وابسته به فرکانس
نحوه اندازه‌گیری راندمان آنتن
روش اندازه‌گیری به نوع آنتن، محدوده فرکانس و امکانات آزمایش موجود بستگی دارد. رویکردهای رایج شامل مقایسه بهره-جهت‌گیری، ادغام الگوی تابش، اندازه‌گیری‌های محفظه طنین و روش ویلر-کپ برای آنتن‌های کوچک الکتریکی مناسب است. کالیبراسیون دقیق، اصلاح تلفات کابل، تراز قطبش و یک صفحه مرجع کاملاً تعریف شده برای نتایج معنادار ضروری هستند.
استفاده از راندمان و بهره در انتخاب آنتن
راندمان، بهره، بهره واقعی، پهنای باند، قطبش، پهنای پرتو و VSWR باید با هم ارزیابی شوند. یک آنتن با جهت‌گیری بالا اگر تلفات یا عدم تطابق بیش از حد باشد، می‌تواند بهره واقعی ضعیفی ارائه دهد. مهندسان باید مقادیر را در کل باند عملیاتی و تحت شرایط نصب نماینده مقایسه کنند.
RF MISO را کاوش کنیدراهکارهای آنتنیا ما را مرور کنیدقابلیت تست آنتنبرای انتخاب متناسب با کاربرد، باند عملیاتی، بهره مورد نیاز، قطبش، محدودیت‌های نصب و محیط آزمایش را با تیم RF MISO به اشتراک بگذارید.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتن‌ها، لطفاً به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: ۱۴ ژوئن ۲۰۲۴
