ประสิทธิภาพของเสาอากาศมีความสัมพันธ์กับกำลังไฟฟ้าที่ป้อนเข้าเสาอากาศและกำลังไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกมาจากเสาอากาศ เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงจะแผ่พลังงานส่วนใหญ่ที่ป้อนเข้าไป ในขณะที่เสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพจะดูดซับพลังงานส่วนใหญ่ที่สูญเสียไปภายในเสาอากาศ นอกจากนี้ เสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพอาจมีพลังงานสะท้อนออกมามากเนื่องจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ การลดกำลังไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกมาจากเสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับเสาอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าจึงเป็นสิ่งสำคัญ
[หมายเหตุ: อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศจะกล่าวถึงในบทถัดไป ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ทำให้เกิดพลังงานสะท้อนจากเสาอากาศเนื่องจากค่าอิมพีแดนซ์ไม่ถูกต้อง ดังนั้นจึงเรียกว่าความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์]
การสูญเสียภายในเสาอากาศประเภทหนึ่งคือการสูญเสียจากการนำไฟฟ้า การสูญเสียจากการนำไฟฟ้าเกิดจากค่าการนำไฟฟ้าที่จำกัดของเสาอากาศ กลไกการสูญเสียอีกอย่างหนึ่งคือการสูญเสียจากฉนวน การสูญเสียจากฉนวนในเสาอากาศเกิดจากการนำไฟฟ้าในวัสดุฉนวน อาจมีวัสดุฉนวนอยู่ภายในหรือรอบๆ เสาอากาศ
อัตราส่วนของประสิทธิภาพของเสาอากาศต่อกำลังที่แผ่รังสีสามารถเขียนได้เป็นกำลังอินพุตของเสาอากาศ นี่คือสมการ [1] หรือเรียกอีกอย่างว่าประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ
[สมการที่ 1]
ประสิทธิภาพคืออัตราส่วน อัตราส่วนนี้จะมีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 เสมอ ประสิทธิภาพมักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพ 0.5 หมายถึงประสิทธิภาพสูงสุดถึง 50% ประสิทธิภาพของเสาอากาศมักระบุเป็นเดซิเบล (dB) ประสิทธิภาพ 0.1 เท่ากับ 10% ซึ่งเท่ากับ -10 เดซิเบล ประสิทธิภาพ 0.5 เท่ากับ 50% ซึ่งเท่ากับ -3 เดซิเบล (dB)
สมการแรกบางครั้งเรียกว่าประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ ซึ่งแตกต่างจากคำที่ใช้กันทั่วไปอีกคำหนึ่งที่เรียกว่าประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศ ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศคือประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศคูณด้วยการสูญเสียจากการไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ การสูญเสียจากการไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์เกิดขึ้นเมื่อเสาอากาศเชื่อมต่อทางกายภาพกับสายส่งหรือตัวรับสัญญาณ ซึ่งสามารถสรุปได้ในสูตร [2]
[สมการที่ 2]
สูตร [2]
การสูญเสียเนื่องจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์จะมีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 เสมอ ดังนั้น ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศจึงน้อยกว่าประสิทธิภาพการแผ่รังสีเสมอ กล่าวคือ หากไม่มีการสูญเสีย ประสิทธิภาพการแผ่รังสีจะเท่ากับประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศเนื่องจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์
การเพิ่มประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของเสาอากาศ ประสิทธิภาพอาจใกล้เคียง 100% ได้ด้วยจานรับสัญญาณดาวเทียม เสาอากาศแบบฮอร์น หรือเสาอากาศไดโพลครึ่งความยาวคลื่น โดยไม่มีวัสดุที่ทำให้เกิดการสูญเสียอยู่รอบๆ เสาอากาศโทรศัพท์มือถือหรือเสาอากาศอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพ 20%-70% ซึ่งเทียบเท่ากับ -7 dB ถึง -1.5 dB (-7, -1.5 dB) มักเกิดจากการสูญเสียของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวัสดุที่อยู่รอบๆ เสาอากาศ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะดูดซับพลังงานที่แผ่รังสีบางส่วน พลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนและไม่มีการแผ่รังสีออกมา ทำให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศลดลง เสาอากาศวิทยุรถยนต์สามารถทำงานที่ความถี่วิทยุ AM ได้ด้วยประสิทธิภาพของเสาอากาศเพียง 0.01 [ซึ่งเท่ากับ 1% หรือ -20 dB] ความไม่มีประสิทธิภาพนี้เกิดจากเสาอากาศมีขนาดเล็กกว่าครึ่งความยาวคลื่นที่ความถี่ในการทำงาน ซึ่งลดประสิทธิภาพของเสาอากาศลงอย่างมาก การเชื่อมต่อไร้สายยังคงใช้งานได้เนื่องจากหอส่งสัญญาณวิทยุ AM ใช้กำลังส่งสูงมาก
การสูญเสียเนื่องจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์จะกล่าวถึงในหัวข้อแผนภูมิสมิธและการจับคู่อิมพีแดนซ์ การจับคู่อิมพีแดนซ์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเสาอากาศได้อย่างมาก
อัตราขยายของเสาอากาศ
อัตราขยายของเสาอากาศในระยะยาวอธิบายถึงปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านในทิศทางการแผ่รังสีสูงสุด เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแบบไอโซโทรปิก โดยทั่วไปแล้ว อัตราขยายของเสาอากาศมักระบุไว้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะของเสาอากาศ อัตราขยายของเสาอากาศมีความสำคัญเพราะคำนึงถึงการสูญเสียที่เกิดขึ้นจริงด้วย
เสาอากาศที่มีอัตราขยาย 3 dB หมายความว่ากำลังไฟฟ้าที่ได้รับจากเสาอากาศนั้นสูงกว่ากำลังไฟฟ้าที่ได้รับจากเสาอากาศแบบไอโซโทรปิกที่ไม่มีการสูญเสียถึง 3 dB เมื่อใช้กำลังไฟฟ้าขาเข้าเท่ากัน 3 dB เทียบเท่ากับกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
บางครั้งมีการกล่าวถึงอัตราขยายของเสาอากาศโดยพิจารณาจากทิศทางหรือมุม อย่างไรก็ตาม เมื่อระบุอัตราขยายด้วยตัวเลขเพียงตัวเดียว ตัวเลขนั้นก็คืออัตราขยายสูงสุดสำหรับทุกทิศทาง ตัวอักษร "G" ในอัตราขยายของเสาอากาศสามารถเปรียบเทียบได้กับทิศทางของตัวอักษร "D" ในเทคโนโลยีล้ำสมัย
[สมการที่ 3]
อัตราขยายของเสาอากาศจริง ซึ่งอาจสูงถึงจานรับสัญญาณดาวเทียมขนาดใหญ่มากนั้น อยู่ที่ 50 dB ทิศทางการรับสัญญาณอาจต่ำถึง 1.76 dB เช่นเดียวกับเสาอากาศจริง (เช่น เสาอากาศไดโพลแบบสั้น) ทิศทางการรับสัญญาณไม่สามารถต่ำกว่า 0 dB ได้ อย่างไรก็ตาม อัตราขยายสูงสุดของเสาอากาศอาจต่ำมากได้ตามอำเภอใจ เนื่องจากความสูญเสียหรือประสิทธิภาพต่ำ เสาอากาศขนาดเล็กทางไฟฟ้าเป็นเสาอากาศที่มีขนาดค่อนข้างเล็กซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่นของความถี่ที่เสาอากาศทำงาน เสาอากาศขนาดเล็กอาจมีประสิทธิภาพต่ำมาก อัตราขยายของเสาอากาศมักจะต่ำกว่า -10 dB แม้ว่าจะไม่ได้พิจารณาความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ก็ตาม
วันที่โพสต์: 16 พฤศจิกายน 2023
