ترتبط كفاءة الهوائي بالطاقة الموردة للهوائي والطاقة التي يشعها الهوائي.سوف يشع الهوائي عالي الكفاءة معظم الطاقة التي يتم توصيلها إلى الهوائي.يمتص الهوائي غير الفعال معظم الطاقة المفقودة داخل الهوائي.قد يكون للهوائي غير الفعال أيضًا الكثير من الطاقة المنعكسة بسبب عدم تطابق المعاوقة.تقليل الطاقة المشعة للهوائي غير الفعال مقارنة بهوائي أكثر كفاءة.
[ملاحظة جانبية: تمت مناقشة مقاومة الهوائي في فصل لاحق.عدم تطابق المعاوقة هو الطاقة المنعكسة من الهوائي لأن المعاوقة قيمة غير صحيحة.ولذلك، وهذا ما يسمى عدم تطابق المعاوقة.]
نوع الخسارة داخل الهوائي هو فقدان التوصيل.ترجع خسائر التوصيل إلى التوصيل المحدود للهوائي.آلية أخرى للخسارة هي فقدان العزل الكهربائي.ترجع خسائر العزل الكهربائي في الهوائي إلى التوصيل في المادة العازلة.قد تكون المواد العازلة موجودة داخل الهوائي أو حوله.
يمكن كتابة نسبة كفاءة الهوائي إلى الطاقة المشعة على أنها طاقة دخل الهوائي.هذه هي المعادلة [1].المعروف أيضا باسم كفاءة هوائي الكفاءة الإشعاعية.
[المعادلة 1]
الكفاءة هي نسبة.تكون هذه النسبة دائمًا كمية تتراوح بين 0 و1. وغالبًا ما يتم التعبير عن الكفاءة بنقطة مئوية.على سبيل المثال، كفاءة 0.5 تصل إلى 50% نفسها.غالبًا ما يتم تحديد كفاءة الهوائي بالديسيبل (dB).كفاءة 0.1 تساوي 10%.وهذا يساوي أيضًا -10 ديسيبل (-10 ديسيبل).كفاءة 0.5 تساوي 50%.وهذا يساوي أيضًا -3 ديسيبل (ديسيبل).
تسمى المعادلة الأولى أحيانًا بالكفاءة الإشعاعية للهوائي.وهذا ما يميزه عن مصطلح آخر شائع الاستخدام يسمى الفعالية الكلية للهوائي.إجمالي الكفاءة الفعالة كفاءة إشعاع الهوائي مضروبة في فقدان عدم تطابق المعاوقة للهوائي.تحدث خسائر عدم تطابق المعاوقة عندما يكون الهوائي متصلاً فعليًا بخط النقل أو جهاز الاستقبال.ويمكن تلخيص ذلك في الصيغة [2].
[المعادلة 2]
الصيغة [2]
يكون فقدان عدم تطابق المعاوقة دائمًا رقمًا بين 0 و1. ولذلك، تكون الكفاءة الإجمالية للهوائي دائمًا أقل من كفاءة الإشعاع.ولتكرار ذلك، إذا لم تكن هناك خسائر، فإن كفاءة الإشعاع تساوي إجمالي كفاءة الهوائي بسبب عدم تطابق المعاوقة.
يعد تحسين الكفاءة أحد أهم معلمات الهوائي.يمكن أن تكون قريبة جدًا من 100% باستخدام طبق القمر الصناعي أو الهوائي البوق أو ثنائي القطب بنصف الطول الموجي دون فقدان أي مواد حوله.تتمتع هوائيات الهواتف المحمولة أو هوائيات الإلكترونيات الاستهلاكية عادةً بكفاءة تتراوح بين 20% إلى 70%.وهذا يعادل -7 ديسيبل -1.5 ديسيبل (-7، -1.5 ديسيبل).غالبًا ما يرجع ذلك إلى فقدان الإلكترونيات والمواد المحيطة بالهوائي.هذه تميل إلى امتصاص بعض الطاقة المشعة.يتم تحويل الطاقة إلى طاقة حرارية ولا يوجد إشعاع.وهذا يقلل من كفاءة الهوائي.يمكن أن تعمل هوائيات راديو السيارة على ترددات راديو AM بكفاءة هوائي تبلغ 0.01.[هذا هو 1% أو -20 ديسيبل.] عدم الكفاءة هذا يرجع إلى أن الهوائي أصغر من نصف الطول الموجي عند تردد التشغيل.وهذا يقلل بشكل كبير من كفاءة الهوائي.يتم الحفاظ على الروابط اللاسلكية لأن أبراج البث AM تستخدم طاقة إرسال عالية جدًا.
تمت مناقشة خسائر عدم تطابق المعاوقة في قسمي مخطط سميث ومطابقة المعاوقة.يمكن أن تؤدي مطابقة المعاوقة إلى تحسين كفاءة الهوائي بشكل كبير.
كسب الهوائي
يصف كسب الهوائي على المدى الطويل مقدار الطاقة المنقولة في اتجاه ذروة الإشعاع، بالنسبة إلى مصدر متناحٍ.يتم ذكر كسب الهوائي بشكل أكثر شيوعًا في ورقة مواصفات الهوائي.كسب الهوائي مهم لأنه يأخذ في الاعتبار الخسائر الفعلية التي تحدث.
هوائي بكسب قدره 3 ديسيبل يعني أن الطاقة المستقبلة من الهوائي أعلى بكثير بمقدار 3 ديسيبل من تلك التي يمكن استقبالها من هوائي متناحٍ بلا خسارة بنفس طاقة الإدخال.3 ديسيبل يعادل ضعف مصدر الطاقة.
تتم مناقشة كسب الهوائي أحيانًا كدالة للاتجاه أو الزاوية.ومع ذلك، عندما يحدد رقم واحد الكسب، فإن هذا الرقم هو ذروة الكسب لجميع الاتجاهات.يمكن مقارنة كسب الهوائي "G" مع اتجاهية "D" من النوع المستقبلي.
[المعادلة 3]
إن كسب الهوائي الحقيقي، الذي يمكن أن يصل إلى طبق قمر صناعي كبير جدًا، يبلغ 50 ديسيبل.يمكن أن تصل الاتجاهية إلى 1.76 ديسيبل مثل الهوائي الحقيقي (مثل الهوائي ثنائي القطب القصير).لا يمكن أن تكون الاتجاهية أبدًا أقل من 0 ديسيبل.ومع ذلك، يمكن أن يكون كسب الهوائي الأقصى صغيراً بشكل تعسفي.هذا بسبب الخسائر أو عدم الكفاءة.الهوائيات الصغيرة كهربائيًا هي هوائيات صغيرة نسبيًا تعمل عند الطول الموجي للتردد الذي يعمل به الهوائي.يمكن أن تكون الهوائيات الصغيرة غير فعالة للغاية.غالبًا ما يكون كسب الهوائي أقل من -10 ديسيبل، حتى عندما لا يؤخذ عدم تطابق المعاوقة في الاعتبار.
وقت النشر: 16 نوفمبر 2023
