안테나의 효율은 안테나에 공급되는 전력과 안테나에서 방출되는 전력의 비율에 따라 결정됩니다. 효율이 높은 안테나는 공급되는 에너지의 대부분을 방출합니다. 반면 효율이 낮은 안테나는 안테나 내부에서 손실되는 에너지를 대부분 흡수합니다. 또한 임피던스 불일치로 인해 많은 에너지가 반사될 수도 있습니다. 효율이 낮은 안테나의 방출 전력을 효율이 높은 안테나에 비해 줄이면 효율을 높일 수 있습니다.
[참고: 안테나 임피던스는 뒷장에서 다룹니다. 임피던스 불일치는 임피던스 값이 잘못되어 안테나에서 반사되는 전력을 말합니다. 따라서 이를 임피던스 불일치라고 합니다.]
안테나 내부 손실 유형에는 전도 손실이 있습니다. 전도 손실은 안테나의 제한된 전도율 때문에 발생합니다. 또 다른 손실 메커니즘은 유전 손실입니다. 안테나의 유전 손실은 유전체 재료의 전도 때문에 발생합니다. 안테나 내부 또는 주변에 절연 재료가 존재할 수 있습니다.
안테나의 효율과 방사 전력의 비율은 안테나의 입력 전력으로 나타낼 수 있습니다. 이것은 식 [1]입니다. 또한 방사 효율 안테나 효율이라고도 합니다.
[방정식 1]
효율은 비율로 나타냅니다. 이 비율은 항상 0과 1 사이의 값입니다. 효율은 종종 백분율로 표시됩니다. 예를 들어, 0.5의 효율은 50%에 해당합니다. 안테나 효율은 데시벨(dB)로도 표시되는 경우가 많습니다. 0.1의 효율은 10%에 해당하며, 이는 -10데시벨(dB)과 같습니다. 0.5의 효율은 50%에 해당하며, 이는 -3데시벨(dB)과 같습니다.
첫 번째 방정식은 때때로 안테나의 방사 효율이라고 불립니다. 이는 안테나의 총 유효 효율이라는 다른 일반적인 용어와 구별됩니다. 총 유효 효율은 안테나 방사 효율에 안테나의 임피던스 불일치 손실을 곱한 값입니다. 임피던스 불일치 손실은 안테나가 전송선이나 수신기에 물리적으로 연결될 때 발생합니다. 이는 공식 [2]로 요약할 수 있습니다.
[방정식 2]
공식 [2]
임피던스 불일치 손실은 항상 0과 1 사이의 값입니다. 따라서 전체 안테나 효율은 항상 방사 효율보다 낮습니다. 다시 말해, 손실이 전혀 없다면 방사 효율은 임피던스 불일치로 인한 전체 안테나 효율과 같습니다.
안테나 효율 향상은 가장 중요한 안테나 매개변수 중 하나입니다. 위성 접시 안테나, 혼 안테나 또는 반파장 다이폴 안테나처럼 주변에 손실 물질이 없는 경우 효율은 100%에 매우 가까울 수 있습니다. 하지만 휴대폰 안테나나 가전제품 안테나는 일반적으로 20%~70%의 효율을 보입니다. 이는 -7dB에서 -1.5dB(-7dB에서 -1.5dB)에 해당합니다. 안테나 주변의 전자 부품이나 물질로 인해 에너지 손실이 발생하기 때문입니다. 이러한 물질들은 방사되는 에너지의 일부를 흡수하여 열에너지로 변환시키고, 방사되는 에너지는 감소시킵니다. 자동차 라디오 안테나는 AM 라디오 주파수에서 0.01%의 효율로 작동할 수 있습니다. [이는 1% 또는 -20dB에 해당합니다.] 이러한 비효율성은 안테나 크기가 작동 주파수에서 반파장보다 작기 때문에 발생하며, 이로 인해 안테나 효율이 크게 저하됩니다. 무선 연결이 유지되는 것은 AM 방송탑이 매우 높은 송신 출력을 사용하기 때문입니다.
임피던스 불일치로 인한 손실은 스미스 차트 및 임피던스 정합 섹션에서 다룹니다. 임피던스 정합은 안테나의 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
안테나 이득
장기 안테나 이득은 등방성 음원을 기준으로 최대 방사 방향으로 전송되는 전력량을 나타냅니다. 안테나 이득은 일반적으로 안테나 사양서에 표기됩니다. 안테나 이득은 실제 발생하는 손실을 고려하기 때문에 중요합니다.
3dB 이득을 가진 안테나는 동일한 입력 전력을 가진 무손실 등방성 안테나에서 수신하는 전력보다 수신하는 전력이 3dB 더 높다는 것을 의미합니다. 3dB는 전력 공급이 두 배가 되는 것과 같습니다.
안테나 이득은 때때로 방향 또는 각도의 함수로 설명됩니다. 하지만 이득을 단일 수치로 나타낼 때는 그 수치가 모든 방향에 대한 최대 이득을 의미합니다. 안테나 이득의 "G"는 미래형 안테나의 지향성 "D"와 비교할 수 있습니다.
[방정식 3]
실제 안테나의 이득은 매우 큰 위성 접시 안테나처럼 최대 50dB에 달할 수 있습니다. 지향성은 실제 안테나(예: 짧은 다이폴 안테나)처럼 1.76dB 정도로 낮을 수 있지만, 0dB보다 낮아질 수는 없습니다. 그러나 안테나의 최대 이득은 손실이나 비효율로 인해 매우 작을 수 있습니다. 전기적으로 작은 안테나는 안테나가 동작하는 주파수의 파장에서 동작하는 상대적으로 작은 안테나입니다. 작은 안테나는 효율이 매우 낮을 수 있으며, 임피던스 불일치를 고려하지 않더라도 안테나 이득이 -10dB 미만인 경우가 많습니다.
게시 시간: 2023년 11월 16일
