Hiệu suất của anten liên quan đến công suất cung cấp cho anten và công suất bức xạ mà anten phát ra. Một anten hiệu suất cao sẽ bức xạ hầu hết năng lượng được cung cấp cho anten. Một anten kém hiệu quả sẽ hấp thụ hầu hết công suất bị mất bên trong anten. Một anten kém hiệu quả cũng có thể có nhiều năng lượng bị phản xạ ra ngoài do sự không phù hợp trở kháng. Cần giảm công suất bức xạ của một anten kém hiệu quả so với một anten hiệu suất cao hơn.
[Ghi chú: Trở kháng anten sẽ được thảo luận trong chương sau. Sự không khớp trở kháng là công suất phản xạ từ anten do giá trị trở kháng không chính xác. Do đó, điều này được gọi là sự không khớp trở kháng.]
Loại tổn hao trong anten là tổn hao dẫn điện. Tổn hao dẫn điện là do độ dẫn điện hữu hạn của anten. Một cơ chế tổn hao khác là tổn hao điện môi. Tổn hao điện môi trong anten là do sự dẫn điện trong vật liệu điện môi. Vật liệu cách điện có thể có mặt bên trong hoặc xung quanh anten.
Tỷ lệ giữa hiệu suất của anten và công suất bức xạ có thể được viết là công suất đầu vào của anten. Đây là phương trình [1]. Còn được gọi là hiệu suất bức xạ, hiệu suất anten.
[Phương trình 1]
Hiệu suất là một tỷ lệ. Tỷ lệ này luôn là một giá trị nằm giữa 0 và 1. Hiệu suất thường được biểu thị bằng phần trăm. Ví dụ, hiệu suất 0,5 tương đương với 50% hiệu suất tổng thể. Hiệu suất của anten cũng thường được biểu thị bằng decibel (dB). Hiệu suất 0,1 bằng 10%. Điều này cũng tương đương với -10 decibel (-10 decibel). Hiệu suất 0,5 bằng 50%. Điều này cũng tương đương với -3 decibel (dB).
Phương trình đầu tiên đôi khi được gọi là hiệu suất bức xạ của anten. Điều này phân biệt nó với một thuật ngữ thường được sử dụng khác gọi là hiệu suất tổng thể của anten. Hiệu suất tổng thể = Hiệu suất bức xạ của anten nhân với tổn thất do không khớp trở kháng của anten. Tổn thất do không khớp trở kháng xảy ra khi anten được kết nối vật lý với đường truyền hoặc bộ thu. Điều này có thể được tóm tắt trong công thức [2].
[Phương trình 2]
công thức [2]
Tổn thất do không khớp trở kháng luôn là một số nằm giữa 0 và 1. Do đó, hiệu suất tổng thể của anten luôn nhỏ hơn hiệu suất bức xạ. Nói cách khác, nếu không có tổn thất, hiệu suất bức xạ bằng tổng hiệu suất của anten do không khớp trở kháng.
Cải thiện hiệu suất là một trong những thông số quan trọng nhất của ăng-ten. Hiệu suất có thể đạt gần 100% với ăng-ten vệ tinh, ăng-ten hình loa hoặc ăng-ten lưỡng cực nửa bước sóng mà không có vật liệu gây suy hao nào xung quanh. Ăng-ten điện thoại di động hoặc ăng-ten thiết bị điện tử tiêu dùng thường có hiệu suất từ 20% đến 70%. Điều này tương đương với -7 dB đến -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Thường là do sự suy hao của các linh kiện điện tử và vật liệu xung quanh ăng-ten. Chúng có xu hướng hấp thụ một phần năng lượng bức xạ. Năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng và không còn bức xạ nữa. Điều này làm giảm hiệu suất của ăng-ten. Ăng-ten radio ô tô có thể hoạt động ở tần số radio AM với hiệu suất ăng-ten là 0,01 [tương đương 1% hoặc -20 dB]. Sự kém hiệu quả này là do ăng-ten nhỏ hơn nửa bước sóng ở tần số hoạt động. Điều này làm giảm đáng kể hiệu suất của ăng-ten. Các liên kết không dây được duy trì vì các tháp phát sóng AM sử dụng công suất phát rất cao.
Tổn thất do không khớp trở kháng được thảo luận trong các phần Biểu đồ Smith và Khớp trở kháng. Khớp trở kháng có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của anten.
Độ lợi anten
Độ lợi anten dài hạn mô tả lượng công suất được truyền tải theo hướng bức xạ cực đại, so với nguồn bức xạ đẳng hướng. Độ lợi anten thường được ghi trong bảng thông số kỹ thuật của anten. Độ lợi anten rất quan trọng vì nó tính đến các tổn thất thực tế xảy ra.
Ăng-ten có độ lợi 3 dB nghĩa là công suất nhận được từ ăng-ten cao hơn 3 dB so với công suất nhận được từ một ăng-ten đẳng hướng không tổn hao với cùng công suất đầu vào. 3 dB tương đương với gấp đôi công suất nguồn cung cấp.
Độ lợi anten đôi khi được thảo luận như một hàm của hướng hoặc góc. Tuy nhiên, khi một con số duy nhất xác định độ lợi, thì con số đó là độ lợi cực đại cho tất cả các hướng. "G" của độ lợi anten có thể được so sánh với độ định hướng "D" của kiểu anten tương lai.
[Phương trình 3]
Độ lợi của một ăng-ten thực tế, có thể cao đến mức của một chảo vệ tinh rất lớn, là 50 dB. Độ định hướng có thể thấp đến 1,76 dB như một ăng-ten thực tế (chẳng hạn như ăng-ten lưỡng cực ngắn). Độ định hướng không bao giờ có thể nhỏ hơn 0 dB. Tuy nhiên, độ lợi cực đại của ăng-ten có thể nhỏ tùy ý. Điều này là do tổn hao hoặc sự không hiệu quả. Ăng-ten nhỏ về điện là những ăng-ten tương đối nhỏ hoạt động ở bước sóng của tần số mà ăng-ten hoạt động. Ăng-ten nhỏ có thể rất không hiệu quả. Độ lợi của ăng-ten thường dưới -10 dB, ngay cả khi không tính đến sự không phù hợp trở kháng.
Thời gian đăng bài: 16/11/2023
