ประสิทธิภาพของเสาอากาศนั้นสัมพันธ์กับพลังงานที่จ่ายไปยังเสาอากาศและพลังงานที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศ เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงจะแผ่พลังงานส่วนใหญ่ที่ส่งไปยังเสาอากาศ เสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพจะดูดซับพลังงานส่วนใหญ่ที่สูญเสียไปภายในเสาอากาศ เสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพอาจสะท้อนพลังงานจำนวนมากออกไปเนื่องจากความไม่ตรงกันของค่าอิมพีแดนซ์ ลดพลังงานที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับเสาอากาศที่มีประสิทธิภาพมากกว่า
[หมายเหตุ: อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศจะกล่าวถึงในบทถัดไป ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์คือพลังงานที่สะท้อนจากเสาอากาศเนื่องจากอิมพีแดนซ์เป็นค่าที่ไม่ถูกต้อง ดังนั้นจึงเรียกว่าความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์]
ประเภทของการสูญเสียภายในเสาอากาศคือการสูญเสียการนำไฟฟ้า การสูญเสียการนำไฟฟ้าเกิดจากสภาพการนำไฟฟ้าจำกัดของเสาอากาศ กลไกการสูญเสียอีกอย่างหนึ่งคือการสูญเสียไดอิเล็กทริก การสูญเสียไดอิเล็กทริกในเสาอากาศเกิดจากการนำไฟฟ้าในวัสดุไดอิเล็กทริก วัสดุฉนวนอาจอยู่ภายในหรือรอบเสาอากาศ
อัตราส่วนประสิทธิภาพของเสาอากาศต่อกำลังที่แผ่ออกมาสามารถเขียนเป็นกำลังอินพุตของเสาอากาศได้ นี่คือสมการ [1] หรือเรียกอีกอย่างว่าประสิทธิภาพของเสาอากาศที่แผ่ออกมา
[สมการ 1]
ประสิทธิภาพคืออัตราส่วน อัตราส่วนนี้จะเป็นปริมาณระหว่าง 0 ถึง 1 เสมอ ประสิทธิภาพมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพ 0.5 มีค่าเท่ากับ 50% ประสิทธิภาพของเสาอากาศมักจะแสดงเป็นเดซิเบล (dB) ประสิทธิภาพ 0.1 เท่ากับ 10% ซึ่งเท่ากับ -10 เดซิเบล (-10 เดซิเบล) ประสิทธิภาพ 0.5 เท่ากับ 50% ซึ่งเท่ากับ -3 เดซิเบล (dB)
สมการแรกบางครั้งเรียกว่าประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ ซึ่งทำให้แตกต่างจากคำศัพท์ที่ใช้กันทั่วไปอีกคำหนึ่งที่เรียกว่าประสิทธิภาพรวมของเสาอากาศ ประสิทธิภาพรวมที่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศคูณด้วยการสูญเสียความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ การสูญเสียความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์เกิดขึ้นเมื่อเสาอากาศเชื่อมต่อทางกายภาพกับสายส่งหรือตัวรับ สิ่งนี้สามารถสรุปได้ในสูตร [2]
[สมการ 2]
สูตร[2]
การสูญเสียจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์จะเป็นตัวเลขระหว่าง 0 ถึง 1 เสมอ ดังนั้น ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศจึงน้อยกว่าประสิทธิภาพการแผ่รังสีเสมอ เพื่อย้ำเรื่องนี้ หากไม่มีการสูญเสีย ประสิทธิภาพการแผ่รังสีจะเท่ากับประสิทธิภาพรวมของเสาอากาศอันเนื่องมาจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์
การเพิ่มประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ของเสาอากาศที่สำคัญที่สุด โดยสามารถให้ประสิทธิภาพใกล้เคียง 100% ได้มากด้วยจานดาวเทียม เสาอากาศฮอร์น หรือไดโพลครึ่งความยาวคลื่นโดยไม่มีวัสดุที่มีการสูญเสียใดๆ อยู่รอบๆ เสาอากาศโทรศัพท์มือถือหรือเสาอากาศอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพ 20%-70% ซึ่งเทียบเท่ากับ -7 dB -1.5 dB (-7, -1.5 dB) มักเกิดจากการสูญเสียอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวัสดุที่อยู่รอบๆ เสาอากาศ ซึ่งมักจะดูดซับพลังงานที่แผ่ออกมา พลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนและไม่มีการแผ่รังสี ทำให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศลดลง เสาอากาศวิทยุในรถยนต์สามารถทำงานที่ความถี่วิทยุ AM ได้อย่างมีประสิทธิภาพ 0.01 [ซึ่งเท่ากับ 1% หรือ -20 dB] ประสิทธิภาพที่ต่ำนี้เกิดจากเสาอากาศมีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่ความถี่ในการทำงาน ทำให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศลดลงอย่างมาก การเชื่อมต่อแบบไร้สายยังคงดำเนินต่อไปได้เนื่องจากหอส่งสัญญาณ AM ใช้พลังงานในการส่งสัญญาณสูงมาก
การสูญเสียจากความไม่ตรงกันของค่าอิมพีแดนซ์จะถูกกล่าวถึงในแผนภูมิสมิธและส่วนการจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์ การจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศได้อย่างมาก
อัตราขยายเสาอากาศ
อัตราขยายของเสาอากาศในระยะยาวจะอธิบายถึงปริมาณพลังงานที่ส่งในทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแบบไอโซทรอปิก โดยทั่วไปอัตราขยายของเสาอากาศจะระบุไว้ในแผ่นข้อมูลจำเพาะของเสาอากาศ อัตราขยายของเสาอากาศมีความสำคัญเนื่องจากคำนึงถึงการสูญเสียที่เกิดขึ้นจริง
เสาอากาศที่มีค่าเกน 3 dB หมายความว่าพลังงานที่รับจากเสาอากาศจะสูงกว่าพลังงานที่รับได้จากเสาอากาศไอโซทรอปิกที่ไม่มีการสูญเสียสัญญาณที่มีพลังงานอินพุตเท่ากัน 3 dB เทียบเท่ากับแหล่งจ่ายไฟสองเท่า
บางครั้งค่าเกนของเสาอากาศจะถูกกล่าวถึงว่าเป็นฟังก์ชันของทิศทางหรือมุม อย่างไรก็ตาม เมื่อมีตัวเลขตัวเดียวระบุค่าเกน ตัวเลขนั้นก็จะเป็นค่าเกนสูงสุดสำหรับทุกทิศทาง "G" ของค่าเกนของเสาอากาศสามารถนำไปเปรียบเทียบกับค่าทิศทางของ "D" ของประเภทล้ำยุคได้
[สมการ 3]
ค่าเกนของเสาอากาศจริงซึ่งอาจสูงถึงจานดาวเทียมขนาดใหญ่มากคือ 50 เดซิเบล การกำหนดทิศทางอาจต่ำถึง 1.76 เดซิเบล เช่นเดียวกับเสาอากาศจริง (เช่น เสาอากาศไดโพลสั้น) การกำหนดทิศทางไม่สามารถน้อยกว่า 0 เดซิเบลได้ อย่างไรก็ตาม ค่าเกนสูงสุดของเสาอากาศอาจต่ำเกินไปได้ ซึ่งเกิดจากการสูญเสียหรือประสิทธิภาพที่ลดลง เสาอากาศขนาดเล็กทางไฟฟ้าเป็นเสาอากาศที่มีขนาดค่อนข้างเล็กที่ทำงานในความยาวคลื่นของความถี่ที่เสาอากาศทำงาน เสาอากาศขนาดเล็กอาจไม่มีประสิทธิภาพมาก ค่าเกนของเสาอากาศมักจะต่ำกว่า -10 เดซิเบล แม้ว่าจะไม่คำนึงถึงความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ก็ตาม
เวลาโพสต์: 16 พ.ย. 2566
