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から放射される電力に関係します。効率の高いアンテナは、アンテナに供給されるエネルギーのほとんどを放射します。非効率的なアンテナは、アンテナ内で失われる電力のほとんどを吸収します。非効率的なアンテナでは、インピーダンスの不整合により、大量のエネルギーが反射される可能性もあります。より効率的なアンテナと比較して、非効率的なアンテナの放射電力を削減します。
[補足: アンテナのインピーダンスについては後の章で説明します。インピーダンスの不一致は、インピーダンスが正しくない値であるため、アンテナからの反射電力です。したがって、これはインピーダンス不整合と呼ばれます。】
アンテナ内の損失の種類は伝導損失です。伝導損失は、アンテナの有限の伝導率によって発生します。もう一つの損失メカニズムは誘電損失です。アンテナの誘電損失は、誘電体材料内の伝導によって発生します。アンテナの内部または周囲に絶縁材が存在する場合があります。
アンテナの効率と放射電力の比は、アンテナの入力電力として表すことができます。これが式[1]です。放射効率アンテナ効率とも呼ばれます。
[式1]
効率とは比率のことです。この比率は常に 0 と 1 の間の量です。効率は多くの場合パーセンテージで示されます。たとえば、効率が 0.5 であれば、最大 50% まで同じです。アンテナ効率もデシベル (dB) で表されることがよくあります。効率 0.1 は 10% に相当します。これは、-10 デシベル (-10 デシベル) にも相当します。効率 0.5 は 50% に相当します。これは -3 デシベル (dB) にも相当します。
最初の式は、アンテナの放射効率と呼ばれることもあります。これは、アンテナの総合効果と呼ばれる一般的に使用される別の用語とは区別されます。総合実効効率 アンテナの放射効率にアンテナのインピーダンス不整合損失を掛けたもの。インピーダンス不整合損失は、アンテナが伝送線路または受信機に物理的に接続されている場合に発生します。これは式[2]で要約できます。
[式2]
式[2]
インピーダンス不整合損失は常に 0 ～ 1 の間の数値です。したがって、全体的なアンテナ効率は常に放射効率よりも小さくなります。繰り返しになりますが、損失がなければ、放射効率はインピーダンスの不整合によりアンテナ全体の効率と等しくなります。
効率の向上は、アンテナの最も重要なパラメータの 1 つです。衛星受信アンテナ、ホーン アンテナ、または半波長ダイポールを使用すると、周囲に損失のある物質がなければ、100% に非常に近くなる可能性があります。携帯電話のアンテナや家電製品のアンテナの効率は通常 20% ～ 70% です。これは、-7 dB -1.5 dB (-7、-1.5 dB) に相当します。多くの場合、アンテナ周囲の電子機器や材料の損失が原因です。これらは、放射された電力の一部を吸収する傾向があります。エネルギーは熱エネルギーに変換され、放射はありません。これにより、アンテナの効率が低下します。カーラジオアンテナは、アンテナ効率 0.01 の AM ラジオ周波数で動作します。[これは 1% または -20 dB です。] この非効率性は、アンテナが動作周波数の波長の半分より小さいためです。これにより、アンテナの効率が大幅に低下します。AM 放送塔は非常に高い送信電力を使用するため、ワイヤレス リンクは維持されます。
インピーダンス不整合による損失については、スミス チャートとインピーダンス マッチングのセクションで説明します。インピーダンス整合により、アンテナの効率が大幅に向上します。
アンテナ利得
長期アンテナ利得は、等方性ソースと比較して、ピーク放射方向にどのくらいの電力が送信されるかを表します。アンテナ ゲインは、アンテナの仕様書に記載されるのが一般的です。アンテナ利得は、実際に発生する損失を考慮するため重要です。
3 dB ゲインのアンテナは、アンテナから受信する電力が、同じ入力電力の無損失等方性アンテナから受信する電力よりも 3 dB はるかに高いことを意味します。3 dB は供給電力の 2 倍に相当します。
アンテナ利得は、方向または角度の関数として議論されることがあります。ただし、単一の数値でゲインを指定する場合、その数値が全方向のピーク ゲインになります。アンテナ利得の「G」は、未来型の「D」の指向性と比較できます。
[式3]
実際のアンテナのゲインは、非常に大きなパラボラアンテナと同じくらい高くても 50 dB です。指向性は、実際のアンテナ (ショート ダイポール アンテナなど) と同様に 1.76 dB まで低くすることができます。指向性が 0 dB 未満になることはありません。ただし、ピーク アンテナ ゲインは任意に小さくできます。これは損失または非効率が原因です。電気的に小型のアンテナは、アンテナが動作する周波数の波長で動作する比較的小型のアンテナです。小さなアンテナは非常に非効率になる可能性があります。アンテナ ゲインは、インピーダンスの不整合を考慮に入れていない場合でも、多くの場合 -10 dB を下回ります。
投稿日時: 2023 年 11 月 16 日
