efficacité de l'antenneCe paramètre décrit l'efficacité avec laquelle la puissance RF reçue est convertie en puissance rayonnée. Il s'agit d'un paramètre clé de l'antenne, car les pertes par effet Joule, les pertes diélectriques et les inadéquations d'impédance peuvent réduire le rayonnement utile, même lorsque l'antenne présente un diagramme de rayonnement approprié.
La formule de base de l'efficacité de rayonnement est :
Efficacité de rayonnement, erad= Prad/ Paccepté
Le rendement total inclut également le désaccord d'adaptation à l'entrée de l'antenne :
Efficacité totale, e0= (1 - |Γ|2) erad
où Pradest la puissance rayonnée, PacceptéLa puissance acceptée est notée P et Γ représente le coefficient de réflexion d'entrée. Ce guide explique les formules d'efficacité des antennes, les mécanismes de perte, le gain, la directivité, le gain réalisé et les méthodes de mesure courantes.
Rendement des antennes : définitions et formules
Figure 1
Le concept d'efficacité d'antenne peut être défini à l'aide de la figure 1.
Le rendement total de l'antenne e0 est utilisé pour calculer les pertes d'antenne à l'entrée et au sein de la structure de l'antenne. Comme illustré sur 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 dans les conducteurs et les diélectriques.
L'efficacité totale de l'antenne peut être obtenue à partir de la formule suivante :
Autrement dit, l'efficacité totale = produit de l'efficacité de désadaptation, de l'efficacité du conducteur et de l'efficacité diélectrique.
Il est généralement très difficile de calculer le rendement du conducteur et le rendement du diélectrique, mais ils peuvent être déterminés expérimentalement. Cependant, les expériences ne permettent pas de distinguer les deux types de pertes ; la formule ci-dessus peut donc être réécrite comme suit :
ecd est l'efficacité de rayonnement de l'antenne et Γ est le coefficient de réflexion.
Gain, directivité et gain réalisé
Directivitédécrit le degré de concentration du rayonnement dans une direction donnée.Gagnerallie la directivité à l'efficacité du rayonnement :
G = eradD
où G est le gain, D est la directivité et eradLe rendement de rayonnement est pris en compte. Le gain tient donc compte des pertes dans le conducteur et le diélectrique, mais exclut généralement les pertes dues à l'inadéquation d'impédance.
En général, il s'agit du gain relatif, défini comme « le rapport entre le gain de puissance dans une direction donnée et la puissance d'une antenne de référence dans cette même direction ». La puissance d'entrée de cette antenne doit être identique. L'antenne de référence peut être un vibrateur, un cornet ou une autre antenne. Le plus souvent, une source ponctuelle non directionnelle est utilisée comme antenne de référence. Par conséquent :
La relation entre la puissance totale rayonnée et la puissance totale d'entrée est la suivante :
Gain réaliséinclut l'effet d'une inadéquation des entrées et est lié au gain par :
Gréalisé= (1 - |Γ|2)G
Lorsque l'antenne est bien adaptée, le gain réalisé tend vers le gain nominal. En cas de désadaptation importante, le gain réalisé est inférieur, même si le diagramme de rayonnement et le rendement de rayonnement restent inchangés.
La relation entre le gain et la directivité est la suivante :
Si l'antenne est parfaitement adaptée à la ligne de transmission, |Γ| = 0 et le gain réalisé est égal au gain théorique. Dans les systèmes réels, il faut également tenir compte des pertes du câble et du plan de référence d'étalonnage lors de la comparaison des valeurs mesurées et simulées.
Facteurs clés réduisant l'efficacité des antennes
- Conductivité finie du conducteur et rugosité de surface
- Pertes diélectriques dans les substrats, les radômes et les matériaux de support
- Inadéquation d'impédance à l'alimentation
- Réseaux d'adaptation avec perte, connecteurs et structures d'alimentation
- Installation à proximité de métal, de matériaux absorbants ou du corps humain
- Tolérances de fabrication et distribution du courant en fonction de la fréquence
Comment mesure-t-on l'efficacité d'une antenne ?
La méthode de mesure dépend du type d'antenne, de la gamme de fréquences et des installations de test disponibles. Les approches courantes comprennent la comparaison gain-directivité, l'intégration du diagramme de rayonnement, les mesures en chambre réverbérante et la méthode Wheeler-cap pour les antennes électriquement petites. Un étalonnage précis, la correction des pertes de câble, l'alignement de la polarisation et un plan de référence clairement défini sont essentiels pour obtenir des résultats significatifs.
Utilisation de l'efficacité et du gain dans la sélection d'antennes
L'efficacité, le gain, le gain réalisé, la bande passante, la polarisation, la largeur de faisceau et le TOS doivent être évalués conjointement. Une antenne à haute directivité peut présenter un faible gain réalisé en cas de pertes ou de désadaptation excessives. Les ingénieurs doivent comparer les valeurs sur toute la bande de fonctionnement et dans des conditions de montage représentatives.
Explorez RF MISOsolutions d'antennesou consultez notrecapacités de test d'antennesPour une sélection spécifique à l'application, veuillez communiquer à l'équipe RF MISO la bande de fonctionnement, le gain requis, la polarisation, les contraintes de montage et l'environnement de test.
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Date de publication : 14 juin 2024
