L'efficacité d'unantennefait référence à la capacité de l’antenne à convertir l’énergie électrique d’entrée en énergie rayonnée. Dans les communications sans fil, l’efficacité de l’antenne a un impact important sur la qualité de transmission du signal et la consommation d’énergie.
L'efficacité de l'antenne peut être exprimée par la formule suivante :
Efficacité = (Puissance rayonnée / Puissance d'entrée) * 100 %
Parmi eux, la puissance rayonnée est l’énergie électromagnétique rayonnée par l’antenne et la puissance d’entrée est l’énergie électrique fournie à l’antenne.
L'efficacité d'une antenne est affectée par de nombreux facteurs, notamment la conception de l'antenne, le matériau, la taille, la fréquence de fonctionnement, etc. De manière générale, plus l'efficacité de l'antenne est élevée, plus elle peut convertir efficacement l'énergie électrique d'entrée en énergie rayonnée, ce qui améliorant la qualité de la transmission du signal et réduisant la consommation d'énergie.
Par conséquent, l’efficacité est une considération importante lors de la conception et de la sélection des antennes, en particulier dans les applications nécessitant une transmission longue distance ou ayant des exigences strictes en matière de consommation d’énergie.
1. Efficacité de l'antenne
Figure 1
Le concept d'efficacité de l'antenne peut être défini à l'aide de la figure 1.
L’efficacité totale de l’antenne e0 est utilisée pour calculer les pertes d’antenne à l’entrée et au sein de la structure de l’antenne. En référence à la figure 1(b), ces pertes peuvent être dues à :
1. Réflexions dues à une inadéquation entre la ligne de transmission et l’antenne ;
2. Pertes conductrices et diélectriques.
L’efficacité totale de l’antenne peut être obtenue à partir de la formule suivante :
Autrement dit, efficacité totale = produit de l’efficacité des mésappariements, de l’efficacité des conducteurs et de l’efficacité diélectrique.
Il est généralement très difficile de calculer l’efficacité des conducteurs et l’efficacité diélectrique, mais elles peuvent être déterminées par des expériences. Cependant, les expériences ne peuvent pas distinguer les deux pertes, donc la formule ci-dessus peut être réécrite comme suit :
ecd est l'efficacité de rayonnement de l'antenne et Γ est le coefficient de réflexion.
2. Gain et gain réalisé
Une autre mesure utile pour décrire les performances de l’antenne est le gain. Bien que le gain d'une antenne soit étroitement lié à la directivité, c'est un paramètre qui prend en compte à la fois le rendement et la directivité de l'antenne. La directivité est un paramètre qui décrit uniquement les caractéristiques directionnelles d'une antenne, elle est donc déterminée uniquement par le diagramme de rayonnement.
Le gain d'une antenne dans une direction spécifiée est défini comme « 4π fois le rapport de l'intensité du rayonnement dans cette direction à la puissance d'entrée totale ». Lorsqu'aucune direction n'est spécifiée, le gain dans la direction du rayonnement maximum est généralement pris en compte. Il y a donc généralement :
En général, il s'agit du gain relatif, défini comme « le rapport entre le gain de puissance dans une direction spécifiée et la puissance d'une antenne de référence dans une direction de référence ». La puissance d'entrée de cette antenne doit être égale. L'antenne de référence peut être un vibreur, un cornet ou une autre antenne. Dans la plupart des cas, une source ponctuelle non directionnelle est utilisée comme antenne de référence. Donc:
La relation entre la puissance totale rayonnée et la puissance totale d’entrée est la suivante :
Selon la norme IEEE, « le gain n'inclut pas les pertes dues à la désadaptation d'impédance (perte par réflexion) et à la désadaptation de polarisation (perte). » Il existe deux concepts de gain, l'un est appelé gain (G) et l'autre est appelé gain réalisable (Gre), qui prend en compte les pertes par réflexion/désadaptation.
La relation entre gain et directivité est la suivante :
Si l'antenne est parfaitement adaptée à la ligne de transmission, c'est-à-dire que l'impédance d'entrée de l'antenne Zin est égale à l'impédance caractéristique Zc de la ligne (|Γ| = 0), alors le gain et le gain réalisable sont égaux (Gre = G ).
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Heure de publication : 14 juin 2024
