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アンテナ効率とアンテナ利得をcaculateする方法
アンテナ効率
アンテナの効率は、アンテナに供給される電力と、アンテナ内で放射または放散される電力に関係します。 高効率アンテナは、アンテナの入力に存在する電力のほとんどを放射します。 低効率アンテナでは、電力の大部分がアンテナ内の損失として吸収されるか、インピーダンスの不一致により反射されます。
[補足:アンテナインピーダンスについては、後のセクションで説明します。 インピーダンスの不一致は、インピーダンスが正しい値ではないため、単にアンテナから反射された電力です。 したがって、「インピーダンスの不一致」。 ]
アンテナ内に関連する損失は、通常、伝導損失(アンテナの有限の伝導性による)と誘電体損失(アンテナ内に存在する可能性のある誘電体内の伝導による)です。
アンテナ効率(または放射効率)は、アンテナの入力電力に対する放射電力の比率として記述できます。
効率は最終的には比率であり、0から1までの数値を示します。効率はパーセンテージで表されることがよくあります。 たとえば、0.5の効率は50%と同じです。 アンテナ効率もデシベル(dB)で頻繁に引用されます。 0.1の効率は10%または(-10 dB)であり、0.5または50%の効率は-3dBです。
式[1]は、アンテナの放射効率と呼ばれることもあります。 これは、アンテナの「総効率」と呼ばれる、時々使用される別の用語とは区別されます。 アンテナの総効率は、送信ライナー受信機(無線または送信機)に接続されている場合の、放射効率にアンテナのインピーダンス不一致損失を掛けたものです。 これは式[2]に要約できます。 アンテナ効率は、アンテナの総合効率、インピーダンス不整合損失、 インピーダンス不整合によるアンテナの損失、 総合効率はアンテナの放射効率です。
Since は常に0から1の間の数値であり、アンテナの総効率は常にアンテナの放射効率よりも低くなります。 別の言い方をすれば、インピーダンスの不一致による損失がなかった場合、放射効率はアンテナ全体の効率と同じになります。
効率は最も重要なアンテナパラメータの100つです。 皿、ホルナンテナ、または半波長ダイポールの場合、周囲に損失のある物質がなく、0%(または20 dB)に非常に近くなる可能性があります。携帯電話アンテナ、または家電製品のWi-Fiアンテナは、通常70%〜7の効率を示します%(-1.5〜-20 dB)。 多くの場合、損失はアンテナを取り巻く電子機器や材料が原因です。 これらは放射電力の一部を吸収する傾向があり(エネルギーを熱に変換)、アンテナの効率を低下させます。 車の無線アンテナは、AM無線周波数で-1 dB(XNUMX%の効率)の合計アンテナ効率を持つことができます。 これは、アンテナが動作周波数での半波長よりもはるかに小さいため、アンテナ効率が大幅に低下するためです。 AM放送塔は非常に高い送信電力を使用するため、無線リンクは維持されます。
インピーダンス不整合損失の改善については、スミスチャートとインピーダンス整合のセクションで説明しています。 インピーダンスマッチングは、アンテナの効率を大幅に向上させることができます。
アンテナゲイン
アンテナゲインという用語は、ピーク放射の方向から等方性光源の方向にどれだけの電力が送信されるかを表します。 アンテナゲインは、実際に発生する損失を考慮に入れているため、実際のアンテナの仕様書でより一般的に引用されています。
ゲインが3dBのアンテナは、アンテナから遠く離れた場所で受信される電力が、同じ入力電力で無損失の等方性アンテナから受信される電力よりも3 dB高くなる(XNUMX倍になる)ことを意味します。
アンテナゲインは、角度の関数として説明されることもありますが、単一の数値が引用される場合、ゲインはすべての方向の「ピークゲイン」です。 アンテナゲイン(G)は、次の方法で指向性(D)に関連付けることができます。
実際のアンテナのゲインは、非常に大きなディッシュアンテナの場合、40〜50 dBに達する可能性があります(これはまれですが)。 指向性は、実際のアンテナ(例:短いダイポールアンテナ)では1.76 dBまで低くすることができますが、理論的には0dB未満にすることはできません。 ただし、アンテナのピークゲインは、損失や効率の低さのために任意に低くなる可能性があります。電気的に小さいアンテナ(アンテナが動作する周波数の波長に比べて小さい)は非常に非効率的であり、アンテナゲインは-10 dB未満です(インピーダンス不整合損失の説明)。