A eficiência de umantenaRefere-se à capacidade da antena de converter energia elétrica de entrada em energia irradiada. Em comunicações sem fio, a eficiência da antena tem um impacto importante na qualidade da transmissão do sinal e no consumo de energia.
A eficiência da antena pode ser expressa pela seguinte fórmula:
Eficiência = (Potência irradiada / Potência de entrada) * 100%
Dentre elas, a potência irradiada é a energia eletromagnética irradiada pela antena, e a potência de entrada é a energia elétrica fornecida à antena.
A eficiência de uma antena é afetada por muitos fatores, incluindo o projeto da antena, o material, o tamanho, a frequência de operação, etc. De modo geral, quanto maior a eficiência da antena, mais eficazmente ela consegue converter a energia elétrica de entrada em energia irradiada, melhorando assim a qualidade da transmissão do sinal e reduzindo o consumo de energia.
Portanto, a eficiência é uma consideração importante no projeto e na seleção de antenas, especialmente em aplicações que exigem transmissão de longa distância ou que possuem requisitos rigorosos de consumo de energia.
1. Eficiência da antena
Figura 1
O conceito de eficiência de antena pode ser definido usando a Figura 1.
A eficiência total da antena, e0, é usada para calcular as perdas da antena na entrada e dentro da estrutura da antena. Consultando a Figura 1(b), essas perdas podem ser devidas a:
1. Reflexões devido à incompatibilidade entre a linha de transmissão e a antena;
2. Perdas no condutor e no dielétrico.
A eficiência total da antena pode ser obtida pela seguinte fórmula:
Ou seja, a eficiência total é igual ao produto da eficiência de desajuste, da eficiência do condutor e da eficiência dielétrica.
Geralmente é muito difícil calcular a eficiência do condutor e a eficiência dielétrica, mas elas podem ser determinadas experimentalmente. No entanto, os experimentos não conseguem distinguir as duas perdas, portanto, a fórmula acima pode ser reescrita como:
ecd é a eficiência de radiação da antena e Γ é o coeficiente de reflexão.
2. Ganho e Ganho Realizado
Outra métrica útil para descrever o desempenho de uma antena é o ganho. Embora o ganho de uma antena esteja intimamente relacionado à diretividade, ele é um parâmetro que leva em consideração tanto a eficiência quanto a diretividade da antena. A diretividade é um parâmetro que descreve apenas as características direcionais de uma antena, sendo, portanto, determinada somente pelo seu padrão de radiação.
O ganho de uma antena em uma direção específica é definido como "4π vezes a razão entre a intensidade de radiação nessa direção e a potência total de entrada". Quando nenhuma direção é especificada, geralmente considera-se o ganho na direção de máxima radiação. Portanto, geralmente temos:
Em geral, refere-se ao ganho relativo, que é definido como "a razão entre o ganho de potência em uma direção específica e a potência de uma antena de referência em uma direção de referência". A potência de entrada nessa antena deve ser igual. A antena de referência pode ser um vibrador, uma corneta ou outra antena. Na maioria dos casos, utiliza-se uma fonte pontual não direcional como antena de referência. Portanto:
A relação entre a potência total irradiada e a potência total de entrada é a seguinte:
De acordo com o padrão IEEE, "O ganho não inclui perdas devido à incompatibilidade de impedância (perda por reflexão) e à incompatibilidade de polarização (perda)". Existem dois conceitos de ganho, um chamado ganho (G) e o outro chamado ganho alcançável (Gre), que leva em consideração as perdas por reflexão/incompatibilidade.
A relação entre ganho e diretividade é:
Se a antena estiver perfeitamente adaptada à linha de transmissão, ou seja, se a impedância de entrada da antena Zin for igual à impedância característica Zc da linha (|Γ| = 0), então o ganho e o ganho alcançável serão iguais (Gre = G).
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Data da publicação: 14 de junho de 2024
