كفاءة الهوائييصف هذا كيفية تحويل طاقة الترددات الراديوية المستلمة إلى طاقة مشعة بكفاءة. وهو أحد أهم معايير الهوائي، لأن فقدان الموصل، وفقدان العازل، وعدم تطابق المعاوقة قد يقلل من الإشعاع القابل للاستخدام حتى عندما يكون للهوائي نمط إشعاع مناسب.
الصيغة الأساسية لكفاءة الإشعاع هي:
كفاءة الإشعاع، eراد= Pراد/ Pمقبول
تشمل الكفاءة الإجمالية أيضًا عدم التوافق عند مدخل الهوائي:
الكفاءة الكلية، e0= (1 - |Γ|2) هـراد
حيث Pرادالطاقة المشعة، Pمقبولتمثل القدرة المقبولة، وΓ معامل انعكاس الإدخال. يشرح هذا الدليل معادلات كفاءة الهوائي، وآليات الفقد، والكسب، والتوجيهية، والكسب المحقق، وطرق القياس الشائعة.
كفاءة الهوائي: التعريفات والصيغ
الشكل 1
يمكن تعريف مفهوم كفاءة الهوائي باستخدام الشكل 1.
تُستخدم كفاءة الهوائي الكلية e0 لحساب خسائر الهوائي عند المدخل وداخل هيكل الهوائي. وبالرجوع إلى الشكل 1(ب)، قد تعود هذه الخسائر إلى:
1. الانعكاسات الناتجة عن عدم التوافق بين خط النقل والهوائي؛
2. خسائر الموصل والعازل.
يمكن الحصول على الكفاءة الكلية للهوائي من الصيغة التالية:
أي أن الكفاءة الكلية = حاصل ضرب كفاءة عدم التطابق، وكفاءة الموصل، وكفاءة العازل.
عادةً ما يكون حساب كفاءة الموصل وكفاءة العازل أمرًا بالغ الصعوبة، ولكن يمكن تحديدهما تجريبيًا. مع ذلك، لا تستطيع التجارب التمييز بين هذين النوعين من الفقد، لذا يمكن إعادة كتابة الصيغة أعلاه على النحو التالي:
يمثل ecd كفاءة الإشعاع للهوائي، وΓ هو معامل الانعكاس.
الربح، والاتجاهية، والربح المحقق
التوجيهيصف مدى تركيز نمط الإشعاع في اتجاه معين.يكسبيجمع بين التوجيه وكفاءة الإشعاع:
G = eرادD
حيث G هو الكسب، وD هو التوجيه، وeرادكفاءة الإشعاع. وبالتالي، فإن الكسب يأخذ في الاعتبار فقد الموصل والعازل ولكنه يستثني عادةً فقد عدم تطابق المعاوقة.
بشكل عام، يشير هذا المصطلح إلى الكسب النسبي، والذي يُعرَّف بأنه "نسبة كسب القدرة في اتجاه محدد إلى قدرة هوائي مرجعي في نفس الاتجاه". يجب أن تكون قدرة الإدخال لهذا الهوائي متساوية. يمكن أن يكون الهوائي المرجعي مُهتزًا أو بوقًا أو أي نوع آخر من الهوائيات. في معظم الحالات، يُستخدم مصدر نقطي غير اتجاهي كهوائي مرجعي. لذلك:
العلاقة بين إجمالي الطاقة المشعة وإجمالي الطاقة المدخلة هي كما يلي:
الربح المحققيشمل ذلك تأثير عدم تطابق المدخلات ويرتبط بالكسب من خلال:
Gأدرك= (1 - |Γ|2)G
عندما يكون الهوائي متطابقًا بشكل جيد، يقترب الكسب المحقق من الكسب الفعلي. أما إذا كان عدم التطابق كبيرًا، فإن الكسب المحقق يكون أقل حتى مع بقاء نمط الإشعاع وكفاءة الإشعاع دون تغيير.
العلاقة بين الكسب والتوجيه هي:
إذا كانت الهوائي متطابقة تمامًا مع خط النقل، فإن |Γ| = 0 ويكون الكسب الفعلي مساويًا للكسب الفعلي. في الأنظمة العملية، يجب أيضًا مراعاة فقد الكابل ومستوى مرجع المعايرة عند مقارنة القيم المقاسة والمحاكاة.
العوامل الرئيسية التي تقلل من كفاءة الهوائي
- الموصلية المحدودة وخشونة السطح
- الفقد العازل في الركائز والأغطية الواقية ومواد الدعم
- عدم تطابق المعاوقة عند التغذية
- شبكات المطابقة المفقودة، والموصلات، وهياكل التغذية
- التركيب بالقرب من المعادن أو المواد الماصة أو جسم الإنسان
- التفاوتات التصنيعية وتوزيع التيار المعتمد على التردد
كيف يتم قياس كفاءة الهوائي
تعتمد طريقة القياس على نوع الهوائي ونطاق التردد ومرافق الاختبار المتاحة. تشمل الطرق الشائعة مقارنة الكسب بالاتجاهية، وتكامل نمط الإشعاع، وقياسات غرفة الصدى، وطريقة غطاء ويلر للهوائيات الصغيرة كهربائيًا المناسبة. يُعدّ كلٌّ من المعايرة الدقيقة، وتصحيح فقد الكابل، ومحاذاة الاستقطاب، وتحديد مستوى مرجعي واضح، أمورًا أساسية للحصول على نتائج ذات دلالة.
استخدام الكفاءة والكسب في اختيار الهوائي
ينبغي تقييم الكفاءة، والكسب، والكسب المحقق، وعرض النطاق، والاستقطاب، وعرض الحزمة، ونسبة الموجة الموقوفة (VSWR) معًا. قد يُنتج هوائي عالي التوجيه كسبًا محققًا ضعيفًا إذا كان الفقد أو عدم التوافق مفرطًا. ينبغي على المهندسين مقارنة القيم عبر نطاق التشغيل الكامل وفي ظل ظروف تركيب نموذجية.
استكشف تقنية RF MISOحلول الهوائياتأو راجع موقعناقدرات اختبار الهوائيات. لاختيار التطبيق المحدد، شارك نطاق التشغيل، والكسب المطلوب، والاستقطاب، وقيود التركيب، وبيئة الاختبار مع فريق RF MISO.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 14 يونيو 2024
