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。高効率アンテナは、供給されたエネルギーの大部分を放射します。一方、低効率アンテナは、アンテナ内部で失われた電力の大部分を吸収します。また、低効率アンテナでは、インピーダンスの不整合により、多くのエネルギーが反射される場合もあります。低効率アンテナの放射電力は、高効率アンテナと比較して低減する必要があります。
【補足：アンテナインピーダンスについては後の章で説明します。インピーダンス不整合とは、インピーダンス値が不正確なためにアンテナから反射される電力のことです。そのため、これをインピーダンス不整合と呼びます。】
アンテナ内部における損失の種類としては、伝導損失があります。伝導損失は、アンテナの導電率が有限であることに起因します。もう一つの損失メカニズムは誘電損失です。アンテナにおける誘電損失は、誘電体材料の伝導によって生じます。絶縁材料は、アンテナ内部またはアンテナ周辺に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。これは式[1]です。放射効率アンテナ効率とも呼ばれます。
[式1]
効率は比率です。この比率は常に 0 から 1 の間の値になります。効率はしばしばパーセントで表されます。たとえば、効率 0.5 は 50% に相当します。アンテナ効率はデシベル (dB) で表されることもよくあります。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、アンテナの全有効性と呼ばれる別の一般的な用語と区別されます。全有効効率 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乗じたもの。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ときに発生します。これは式[2]にまとめることができます。
[式2]
式[2]
インピーダンス不整合による損失は常に0から1の間の数値になります。したがって、アンテナ全体の効率は常に放射効率よりも低くなります。繰り返しますが、損失がない場合、放射効率はインピーダンス不整合によるアンテナ全体の効率と等しくなります。
効率の向上は、最も重要なアンテナパラメータの 1 つです。衛星放送受信アンテナ、ホーンアンテナ、または周囲に損失のある材料がない半波長ダイポールアンテナでは、効率は 100% に非常に近くなります。携帯電話のアンテナや民生用電子機器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、アンテナを囲む電子機器や材料の損失が原因です。これらは放射電力の一部を吸収する傾向があります。エネルギーは熱エネルギーに変換され、放射されません。これにより、アンテナの効率が低下します。カーラジオのアンテナは、アンテナ効率が 0.01 の AM ラジオ周波数で動作できます。[これは 1% または -20 dB です。] この非効率性は、動作周波数でアンテナが半波長よりも小さいためです。これにより、アンテナの効率が大幅に低下します。AM 放送塔が非常に高い送信電力を使用しているため、無線リンクが維持されます。
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整合のセクションで説明します。インピーダンス整合を行うことで、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
長期アンテナ利得とは、等方性光源を基準として、ピーク放射方向にどれだけの電力が伝送されるかを示す指標です。アンテナ利得は、アンテナの仕様書によく記載されています。アンテナ利得は、実際に発生する損失を考慮に入れているため、重要な指標となります。
3dBゲインのアンテナとは、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、アンテナから受信する電力が3dB高いことを意味します。3dBは、電源電力の2倍に相当します。
アンテナ利得は、方向や角度の関数として議論されることがあります。しかし、単一の数値で利得が指定されている場合、その数値はすべての方向における最大利得を表します。アンテナ利得の「G」は、未来的なタイプの指向性「D」と比較することができます。
[式3]
実際のアンテナの利得は、非常に大きな衛星放送受信アンテナと同じくらい高くなることもあり、50 dB です。指向性は、実際のアンテナ (短いダイポールアンテナなど) と同様に、1.76 dB まで低くなることがあります。指向性は 0 dB より小さくなることはありません。ただし、ピークアンテナ利得は任意に小さくすることができます。これは、損失または非効率によるものです。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。小型アンテナは非常に非効率になることがあります。インピーダンス不整合を考慮しない場合でも、アンテナ利得はしばしば -10 dB を下回ります。
投稿日時：2023年11月16日
