안테나 효율: 공식, 이득 및 측정

안테나 효율수신된 RF 전력이 방사 전력으로 얼마나 효율적으로 변환되는지를 나타냅니다. 도체 손실, 유전 손실 및 임피던스 불일치는 안테나 패턴이 적절하더라도 사용 가능한 방사량을 감소시킬 수 있으므로 이는 핵심 안테나 파라미터입니다.

기본 방사선 효율 공식은 다음과 같습니다.

방사 효율, e_라드= P_라드/ P_수락됨

전체 효율에는 안테나 입력단의 임피던스 불일치도 포함됩니다.

총 효율, e₀= (1 - |Γ|²) e_라드

여기서 P_라드P는 방사 전력입니다._수락됨는 허용 전력이고 Γ는 입력 반사 계수입니다. 이 가이드에서는 안테나 효율 공식, 손실 메커니즘, 이득, 지향성, 실현 이득 및 일반적인 측정 방법을 설명합니다.

안테나 효율: 정의 및 공식

그림 1

안테나 효율의 개념은 그림 1을 이용하여 정의할 수 있다.

전체 안테나 효율 e0는 입력단과 안테나 구조 내부에서의 안테나 손실을 계산하는 데 사용됩니다. 그림 1(b)를 참조하면 이러한 손실은 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.

1. 전송선로와 안테나 사이의 임피던스 불일치로 인한 반사;

2. 도체 손실 및 유전 손실.
안테나의 총 효율은 다음 공식을 통해 구할 수 있습니다.

즉, 전체 효율은 불일치 효율, 도체 효율 및 유전체 효율의 곱입니다.
도체 효율과 유전 효율을 계산하는 것은 일반적으로 매우 어렵지만, 실험을 통해 구할 수 있습니다. 그러나 실험으로는 두 가지 손실을 구분할 수 없으므로 위의 공식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

ecd는 안테나의 방사 효율이고 Γ는 반사 계수입니다.

이득, 방향성 및 실현 이득

방향성특정 방향으로 방사 패턴이 얼마나 집중되어 있는지를 설명합니다.얻다지향성과 방사 효율을 결합한 제품:

G = e_라드D

여기서 G는 이득, D는 지향성, e는_라드이득은 방사 효율입니다. 따라서 이득은 도체 및 유전체 손실을 고려하지만 일반적으로 임피던스 불일치 손실은 제외합니다.

일반적으로 이는 상대 이득을 의미하며, 상대 이득은 "특정 방향에서의 전력 이득과 기준 방향에서의 기준 안테나 전력의 비율"로 정의됩니다. 이 기준 안테나에 대한 입력 전력은 동일해야 합니다. 기준 안테나는 진동 안테나, 혼 안테나 또는 기타 안테나일 수 있습니다. 대부분의 경우, 무지향성 점 음원이 기준 안테나로 사용됩니다. 따라서:

총 방사 전력과 총 입력 전력 간의 관계는 다음과 같습니다.

실현 이익입력 불일치의 영향을 포함하며 이득과 다음과 같은 관계가 있습니다.

G_실현됨= (1 - |Γ|²)G

안테나 임피던스 정합이 양호할 경우, 실제 이득은 목표 이득에 근접합니다. 하지만 임피던스 불일치가 심각할 경우, 방사 패턴과 방사 효율이 변하지 않더라도 실제 이득은 낮아집니다.

이득과 방향성 사이의 관계는 다음과 같습니다.

안테나가 전송선로에 완벽하게 정합되면 |Γ| = 0이 되고 실현 이득은 이득과 같아집니다. 그러나 실제 시스템에서는 측정값과 시뮬레이션 값을 비교할 때 케이블 손실과 교정 기준면도 고려해야 합니다.

안테나 효율을 저하시키는 주요 요인

유한 도체 전도도 및 표면 거칠기
기판, 레이돔 및 지지 재료의 유전 손실
급전부 임피던스 불일치
손실 정합 네트워크, 커넥터 및 급전 구조
금속, 흡음재 또는 인체 근처에 설치하지 마십시오.
제조 공차 및 주파수 의존적 전류 분포

안테나 효율은 어떻게 측정하는가?

측정 방법은 안테나 종류, 주파수 범위 및 사용 가능한 시험 설비에 따라 달라집니다. 일반적인 접근 방식으로는 이득-지향성 비교, 방사 패턴 적분, 잔향실 측정, 그리고 전기적으로 작은 안테나에 적합한 휠러 캡(Wheeler-cap) 방법 등이 있습니다. 정확한 교정, 케이블 손실 보정, 편파 정렬 및 명확하게 정의된 기준면은 의미 있는 결과를 얻는 데 필수적입니다.