Strålningseffektivitet

I antennteorin är strålningseffektivitet ett mått på hur väl en radioantenn omvandlar den radiofrekvenseffekt som accepteras vid dess terminaler till utstrålad effekt . På samma sätt beskriver den i en mottagande antenn den andel av radiovågens effekt som fångas upp av antennen och som faktiskt levereras som en elektrisk signal. Det ska inte förväxlas med antenneffektivitet , vilket gäller bländarantenner som en parabolisk reflektor eller fasad array , eller antenn/bländarbelysningseffektivitet , som relaterar den maximala riktningsförmågan för en antenn/bländaröppning till dess standardriktighet .

Definition

Strålningseffektivitet definieras som "Förhållandet mellan den totala effekten som utstrålas av en antenn och nettoeffekten som accepteras av antennen från den anslutna sändaren." Det uttrycks ibland som en procentsats (mindre än 100) och är frekvensberoende. Det kan också beskrivas i decibel . Förstärkningen av en antenn är riktningsförmågan multiplicerad med strålningseffektiviteten . Det har vi alltså

$G=e_{R}\,D$

där $G$ är förstärkningen av antennen i en specificerad riktning, $e_{R}$ är strålningseffektiviteten och $D$ är antennens riktning i den specificerade riktningen .

För trådantenner som har ett definierat strålningsmotstånd är strålningseffektiviteten förhållandet mellan strålningsmotståndet och antennens totala motstånd inklusive jordförlust (se nedan) och ledarresistans. I praktiska fall ingår ofta den resistiva förlusten i valfritt avstämnings- och/eller matchande nätverk, även om nätverksförlust strikt sett inte är en egenskap hos antennen.

För andra typer av antenner är strålningseffektiviteten mindre lätt att beräkna och bestäms vanligtvis genom mätningar.

Strålningseffektivitet för en antenn eller antennuppsättning som har flera portar

I fallet med en antenn eller antennuppsättning som har flera portar, beror strålningseffektiviteten på exciteringen. Närmare bestämt beror strålningseffektiviteten på de relativa faserna och de relativa amplituderna för signalerna som tillförs de olika portarna. Detta beroende kan ignoreras om interaktionerna mellan portarna är tillräckligt små. Dessa interaktioner kan vara stora i många faktiska konfigurationer, till exempel i en antennuppsättning inbyggd i en mobiltelefon för att tillhandahålla rumslig mångfald och/eller rumslig multiplexering. I detta sammanhang är det möjligt att definiera ett effektivitetsmått som den lägsta strålningseffektiviteten för alla möjliga excitationer, betecknad med $e_{R\,MIN}$ , eller som strålningseffektivitetssiffran som ges av $F_{RE}={\sqrt {1-e_{R\,MIN}}}$ .

Mätning av strålningseffektiviteten

Mätningar av strålningseffektiviteten är svåra. Klassiska tekniker inkluderar ″Wheeler-metoden″ (även kallad ″Wheeler cap method″) och ″Q-faktormetoden″. Wheeler-metoden använder två impedansmätningar, varav en med antennen placerad i en metalllåda (locket). Tyvärr kommer närvaron av locket sannolikt att avsevärt modifiera strömfördelningen på antennen, så att den resulterande noggrannheten är svår att bestämma. Q-faktormetoden använder inte en metallkapsling, men metoden bygger på antagandet att Q-faktorn för en ideal antenn är känd, den ideala antennen är identisk med den faktiska antennen förutom att ledarna har perfekt ledningsförmåga och eventuell dielektrikum har noll förlust. Q-faktormetoden är således endast semi-experimentell, eftersom den bygger på en teoretisk beräkning som använder en antagen geometri för den faktiska antennen. Dess noggrannhet är också svår att avgöra. Andra mättekniker för strålningseffektivitet inkluderar: mönsterintegreringsmetoden, som kräver förstärkningsmätningar över många riktningar och två polarisationer; och efterklangskammartekniker, som använder en modomrörd efterklangskammare.

Ohmisk och markförlust

Förlusten av radiofrekvent effekt till värme kan delas upp på många olika sätt, beroende på antalet väsentligt förlustbringande föremål som är elektriskt kopplade till antennen och på den önskade detaljnivån. Vanligtvis är det enklaste att överväga två typer av förluster: ohmsk förlust och jordförlust .

När den diskuteras som skild från jordförlust hänvisar termen ohmsk förlust till det värmeproducerande motståndet mot flödet av radioström i antennens ledare, deras elektriska anslutningar och eventuellt förlust i antennens matningskabel. På grund av hudeffekten är motståndet mot radiofrekvent ström i allmänhet mycket högre än likströmsmotståndet.

För vertikala monopoler och andra antenner placerade nära marken uppstår jordförlust på grund av det elektriska motståndet som utsätts för radiofrekventa fält och strömmar som passerar genom marken i närheten av antennen, samt ohmskt motstånd i metallföremål i antennens omgivning. (som dess mast eller skaft), och ohmskt motstånd i dess jordplan/motvikt, och i elektriska och mekaniska bindningsanslutningar. När man överväger antenner som är monterade några våglängder ovanför jorden på en icke-ledande, radiotransparent mast, är jordförlusterna tillräckligt små jämfört med ledarförlusterna att de kan ignoreras.