Como caculate o ganho de eficiência da antena e antena

Aqui, vamos introduzir dois parâmetros fundamentais de antena: eficiência da antena e o ganho da antena.
 

Eficiência antena

A eficiência de uma antena relaciona a potência entregue à antena e a potência irradiada ou dissipada dentro da antena. Uma antena de alta eficiência tem a maior parte da potência presente na entrada da antena irradiada. Uma antena de baixa eficiência tem a maior parte da energia absorvida como perdas dentro da antena ou refletida devido à incompatibilidade de impedância.
 

[Nota lateral: a impedância da antena é discutida em uma seção posterior. A incompatibilidade de impedância é simplesmente a potência refletida de uma antena porque sua impedância não é o valor correto; portanto, "impedancemismatch". ]
 

As perdas associadas dentro de uma antena são tipicamente as perdas de condução (devido à condutividade finita da antena) e as perdas dielétricas (devido à condução dentro de um dielétrico que pode estar presente dentro de uma antena).

 

A eficiência da antena (ou eficiência de radiação) pode ser escrita como a proporção da potência irradiada para a potência de entrada da antena:

A eficiência é, em última análise, uma proporção, dando um número entre 0 e 1. A eficiência é muitas vezes citada em termos de uma porcentagem; por exemplo, uma eficiência de 0.5 é igual a 50%. A eficiência da antena também é freqüentemente citada em decibéis (dB); uma eficiência de 0.1 é 10% ou (-10 dB), e uma eficiência de 0.5 ou 50% é -3 dB.

 

A equação [1] às vezes é chamada de eficiência de radiação da antena. Isso o distingue de outro termo algumas vezes usado, chamado de "eficiência total" de uma antena. A eficiência total de uma antena é a eficiência de radiação multiplicada pela perda de incompatibilidade de impedância da antena, quando conectada a uma linha de transmissão ou receptor (rádio ou transmissor). Isso pode ser resumido na Equação [2], onde eficiência da antena é a eficiência total da antena, mismatchloss impedância, é a perda da antena devido a diferença de impedância,  e eficiência total isthe eficiência de radiação da antena.

 

 

Como  é sempre um número entre 0 e 1, a eficiência total da antena é sempre menor que a eficiência de radiação da antena. Dito de outra forma, a eficiência de radiação é a mesma que a eficiência total da antena se não houvesse perda por impedancemismatch.

 

A eficiência é um dos parâmetros de antenas mais importantes. Pode ser muito próximo de 100% (ou 0 dB) para antena parabólica, hornantenas ou dipolos de meio comprimento de onda sem materiais com perdas ao redor deles. Antenas de telefone celular ou antenas de wi-fi em produtos eletrônicos de consumo normalmente têm eficiências de 20% a 70 % (-7 a -1.5 dB). As perdas são frequentemente devidas à eletrônica e aos materiais que circundam as antenas; estes tendem a absorver parte da energia irradiada (convertendo a energia em calor), o que diminui a eficiência da antena. As antenas de rádio de carro podem ter uma eficiência total de antena de -20 dB (eficiência de 1%) nas freqüências de rádio AM; isso ocorre porque as antenas são muito menores do que meio comprimento de onda na freqüência operacional, o que diminui muito a eficiência da antena. O link de rádio é mantido porque a torre de transmissão AM usa uma potência de transmissão muito alta.

 

A melhoria da perda de incompatibilidade de impedância é discutida nos gráficos de Smith e na seção de casamento de impedância. A combinação de impedância pode melhorar muito a eficiência de uma antena.

 

Ganho da antena

O termo Ganho de Antena descreve a quantidade de energia transmitida na direção do pico de radiação para uma fonte isotrópica. O ganho da antena é mais comumente citado na planilha de especificações de uma antena real porque leva em consideração as perdas reais que ocorrem.

 

Uma antena com ganho de 3 dB significa que a potência recebida longe da antena será 3 dB maior (duas vezes mais) do que seria recebida de uma antena isotrópica sem perdas com a mesma potência de entrada.

 

O ganho da antena é algumas vezes discutido como uma função do ângulo, mas quando um único número é citado, o ganho é o 'ganho de pico' em todas as direções. O ganho de antena (G) pode ser relacionado à diretividade (D) por:

 

 

O ganho de uma antena real pode ser tão alto quanto 40-50 dB para antenas parabólicas muito grandes (embora isso seja raro). A diretividade pode ser tão baixa quanto 1.76 dB para uma antena real (exemplo: antena dipolo curta), mas nunca pode ser teoricamente menor que 0 dB. No entanto, o ganho de pico da anantena pode ser arbitrariamente baixo devido a perdas ou baixa eficiência. Antenas eletricamente pequenas (pequenas em relação ao comprimento de onda da frequência em que a antena opera) podem ser muito ineficientes, com ganhos de antena inferiores a -10 dB (mesmo sem contabilizando a perda de incompatibilidade de impedância).

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