Eficiência da antenaDescreve a eficiência com que a potência de radiofrequência (RF) recebida é convertida em potência irradiada. É um parâmetro fundamental da antena, pois perdas no condutor, perdas no dielétrico e incompatibilidade de impedância podem reduzir a radiação utilizável, mesmo quando a antena possui um padrão de radiação adequado.
A fórmula básica da eficiência da radiação é:
Eficiência de radiação, erad= Prad/ Paceito
A eficiência total também inclui a incompatibilidade na entrada da antena:
Eficiência total, e0= (1 - |Γ|2) erad
onde Pradé a potência irradiada, Paceitoé a potência aceita e Γ é o coeficiente de reflexão de entrada. Este guia explica as fórmulas de eficiência da antena, os mecanismos de perda, o ganho, a diretividade, o ganho realizado e os métodos de medição comuns.
Eficiência de antenas: definições e fórmulas
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.
Ganho, diretividade e ganho realizado
DiretividadeDescreve o grau de concentração do padrão de radiação em uma determinada direção.GanhoCombina diretividade com eficiência de radiação:
G = eradD
onde G é o ganho, D é a diretividade e eradé a eficiência de radiação. O ganho, portanto, leva em consideração as perdas no condutor e no dielétrico, mas normalmente exclui as perdas por incompatibilidade de impedância.
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:
ganho realizadoInclui o efeito da incompatibilidade de entrada e está relacionado ao ganho por:
Gpercebeu= (1 - |Γ|2)G
Quando a antena está bem casada, o ganho realizado se aproxima do ganho nominal. Se o desajuste for significativo, o ganho realizado será menor, mesmo que o padrão de radiação e a eficiência de radiação permaneçam inalterados.
A relação entre ganho e diretividade é:
Se a antena estiver perfeitamente casada com a linha de transmissão, |Γ| = 0 e o ganho realizado será igual ao ganho. Em sistemas práticos, a perda no cabo e o plano de referência de calibração também devem ser considerados ao comparar valores medidos e simulados.
Principais fatores que reduzem a eficiência da antena
- Condutividade finita do condutor e rugosidade da superfície
- Perda dielétrica em substratos, radomes e materiais de suporte
- Desajuste de impedância na alimentação
- Redes de casamento de impedância com perdas, conectores e estruturas de alimentação
- Instalação próxima a metal, materiais absorventes ou ao corpo humano.
- Tolerâncias de fabricação e distribuição de corrente dependente da frequência
Como a eficiência da antena é medida
O método de medição depende do tipo de antena, da faixa de frequência e das instalações de teste disponíveis. As abordagens comuns incluem a comparação ganho-diretividade, a integração do padrão de radiação, as medições em câmara reverberante e o método da tampa de Wheeler para antenas eletricamente pequenas adequadas. Calibração precisa, correção de perdas no cabo, alinhamento de polarização e um plano de referência claramente definido são essenciais para resultados significativos.
Utilizando Eficiência e Ganho na Seleção de Antenas
Eficiência, ganho, ganho realizado, largura de banda, polarização, largura do feixe e ROE (Relação de Ondas Estacionárias) devem ser avaliados em conjunto. Uma antena de alta diretividade ainda pode apresentar baixo ganho realizado se a perda ou o desajuste forem excessivos. Os engenheiros devem comparar os valores em toda a faixa de operação e sob condições de montagem representativas.
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Data da publicação: 14 de junho de 2024
