A eficiência de uma antena está relacionada à potência fornecida à antena e à potência irradiada por ela. Uma antena altamente eficiente irradiará a maior parte da energia que recebe. Uma antena ineficiente absorve a maior parte da energia perdida internamente. Uma antena ineficiente também pode ter muita energia refletida devido à incompatibilidade de impedância. Reduza a potência irradiada de uma antena ineficiente em comparação com uma antena mais eficiente.
[Nota: A impedância da antena será discutida em um capítulo posterior. A incompatibilidade de impedância é a potência refletida pela antena devido a um valor de impedância incorreto. Portanto, isso é chamado de incompatibilidade de impedância.]
Um tipo de perda em uma antena é a perda por condução. As perdas por condução são devidas à condutividade finita da antena. Outro mecanismo de perda é a perda dielétrica. As perdas dielétricas na antena são devidas à condução no material dielétrico. Pode haver material isolante dentro ou ao redor da antena.
A relação entre a eficiência da antena e a potência irradiada pode ser escrita como a potência de entrada da antena. Esta é a equação [1]. Também conhecida como eficiência de radiação ou eficiência da antena.
[Equação 1]
A eficiência é uma proporção. Essa proporção é sempre um valor entre 0 e 1. A eficiência é frequentemente expressa em porcentagem. Por exemplo, uma eficiência de 0,5 corresponde a até 50% da eficiência de uma antena. A eficiência de uma antena também é frequentemente expressa em decibéis (dB). Uma eficiência de 0,1 equivale a 10%, o que também corresponde a -10 decibéis (dB). Uma eficiência de 0,5 equivale a 50%, o que também corresponde a -3 decibéis (dB).
A primeira equação é às vezes chamada de eficiência de radiação da antena. Isso a distingue de outro termo comumente usado, chamado de eficácia total da antena. Eficiência Efetiva Total: Eficiência de radiação da antena multiplicada pela perda por desajuste de impedância da antena. As perdas por desajuste de impedância ocorrem quando a antena está fisicamente conectada à linha de transmissão ou ao receptor. Isso pode ser resumido na fórmula [2].
[Equação 2]
fórmula [2]
A perda por desajuste de impedância é sempre um número entre 0 e 1. Portanto, a eficiência total da antena é sempre menor que a eficiência de radiação. Em outras palavras, se não houver perdas, a eficiência de radiação é igual à eficiência total da antena devido ao desajuste de impedância.
Melhorar a eficiência é um dos parâmetros mais importantes de uma antena. Ela pode chegar muito perto de 100% com uma antena parabólica, uma antena corneta ou um dipolo de meia onda, sem nenhum material dissipativo ao redor. Antenas de celulares ou de eletrônicos de consumo normalmente têm uma eficiência de 20% a 70%. Isso equivale a -7 dB a -1,5 dB. Frequentemente, essa perda se deve à interferência dos componentes eletrônicos e dos materiais que circundam a antena. Esses componentes tendem a absorver parte da energia irradiada. A energia é convertida em calor, sem emissão de radiação. Isso reduz a eficiência da antena. Antenas de rádio automotivo podem operar em frequências de rádio AM com uma eficiência de 0,01 [1% ou -20 dB]. Essa ineficiência ocorre porque a antena é menor que meia onda na frequência de operação. Isso reduz significativamente a eficiência da antena. As conexões sem fio são mantidas porque as torres de transmissão AM empregam alta potência de transmissão.
As perdas por desajuste de impedância são discutidas nas seções Carta de Smith e Casamento de Impedância. O casamento de impedância pode melhorar significativamente a eficiência da antena.
Ganho da antena
O ganho de antena a longo prazo descreve quanta potência é transmitida na direção de radiação máxima, em relação a uma fonte isotrópica. O ganho de antena é mais comumente citado na ficha técnica de uma antena. O ganho de antena é importante porque leva em consideração as perdas reais que ocorrem.
Uma antena com ganho de 3 dB significa que a potência recebida da antena é 3 dB maior do que a recebida de uma antena isotrópica sem perdas com a mesma potência de entrada. 3 dB equivalem ao dobro da potência de alimentação.
O ganho de antena é, por vezes, discutido como uma função da direção ou do ângulo. No entanto, quando um único número especifica o ganho, esse número representa o ganho máximo para todas as direções. O "G" do ganho de antena pode ser comparado com a diretividade "D" de antenas futuristas.
[Equação 3]
O ganho de uma antena real, que pode ser tão alto quanto o de uma antena parabólica muito grande, é de 50 dB. A diretividade pode ser tão baixa quanto 1,76 dB, como em uma antena real (como uma antena dipolo curta). A diretividade nunca pode ser inferior a 0 dB. No entanto, o ganho máximo da antena pode ser arbitrariamente pequeno. Isso se deve a perdas ou ineficiências. Antenas eletricamente pequenas são antenas relativamente pequenas que operam no comprimento de onda da frequência em que a antena opera. Antenas pequenas podem ser muito ineficientes. O ganho da antena geralmente fica abaixo de -10 dB, mesmo quando a incompatibilidade de impedância não é levada em consideração.
Data da publicação: 16/11/2023
