ประสิทธิภาพของเสาอากาศหมายถึงความสามารถของเสาอากาศในการแปลงพลังงานไฟฟ้าขาเข้าให้เป็นพลังงานที่แผ่กระจายออกไป ในการสื่อสารไร้สาย ประสิทธิภาพของเสาอากาศมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพการส่งสัญญาณและการใช้พลังงาน
ประสิทธิภาพของเสาอากาศสามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:
ประสิทธิภาพ = (กำลังที่แผ่รังสี / กำลังไฟฟ้าขาเข้า) * 100%
ในจำนวนนี้ กำลังส่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกมาจากเสาอากาศ และกำลังไฟฟ้าขาเข้า คือพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าสู่เสาอากาศ
ประสิทธิภาพของเสาอากาศได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย รวมถึงการออกแบบเสาอากาศ วัสดุ ขนาด ความถี่ในการทำงาน ฯลฯ โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งเสาอากาศมีประสิทธิภาพสูงเท่าใด ก็ยิ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าขาเข้าเป็นพลังงานที่แผ่กระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการส่งสัญญาณและลดการใช้พลังงาน
ดังนั้น ประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบและเลือกใช้เสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่ต้องการการส่งสัญญาณระยะไกลหรือมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับการใช้พลังงาน
1. ประสิทธิภาพของเสาอากาศ
รูปที่ 1
แนวคิดเรื่องประสิทธิภาพของเสาอากาศสามารถอธิบายได้โดยใช้รูปที่ 1
ประสิทธิภาพเสาอากาศโดยรวม e0 ใช้ในการคำนวณการสูญเสียเสาอากาศที่อินพุตและภายในโครงสร้างเสาอากาศ อ้างอิงจากรูปที่ 1(b) การสูญเสียเหล่านี้อาจเกิดจาก:
1. การสะท้อนกลับเนื่องจากความไม่เข้ากันระหว่างสายส่งและเสาอากาศ;
2. การสูญเสียในตัวนำและฉนวน
ประสิทธิภาพโดยรวมของเสาอากาศสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:
กล่าวคือ ประสิทธิภาพโดยรวม = ผลคูณของประสิทธิภาพที่ไม่ตรงกัน ประสิทธิภาพของตัวนำ และประสิทธิภาพของฉนวน
โดยปกติแล้ว การคำนวณประสิทธิภาพของตัวนำและประสิทธิภาพของฉนวนนั้นทำได้ยากมาก แต่สามารถหาได้จากการทดลอง อย่างไรก็ตาม การทดลองไม่สามารถแยกแยะความสูญเสียทั้งสองประเภทได้ ดังนั้นสูตรข้างต้นจึงสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้:
ecd คือประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ และ Γ คือสัมประสิทธิ์การสะท้อน
2. กำไรและกำไรที่รับรู้แล้ว
อีกหนึ่งตัวชี้วัดที่มีประโยชน์ในการอธิบายประสิทธิภาพของเสาอากาศคือ อัตราขยาย (gain) แม้ว่าอัตราขยายของเสาอากาศจะมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับทิศทางการแผ่รังสี (directivity) แต่ก็เป็นพารามิเตอร์ที่คำนึงถึงทั้งประสิทธิภาพและทิศทางการแผ่รังสีของเสาอากาศ ส่วนทิศทางการแผ่รังสีเป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายเฉพาะลักษณะทิศทางของเสาอากาศเท่านั้น ดังนั้นจึงถูกกำหนดโดยรูปแบบการแผ่รังสีเพียงอย่างเดียว
อัตราขยายของเสาอากาศในทิศทางที่กำหนดนั้น นิยามว่า "4π เท่าของอัตราส่วนระหว่างความเข้มของการแผ่รังสีในทิศทางนั้นกับกำลังไฟฟ้าขาเข้าทั้งหมด" หากไม่ได้ระบุทิศทาง โดยทั่วไปจะใช้อัตราขยายในทิศทางที่มีการแผ่รังสีสูงสุด ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจะได้ค่าดังนี้:
โดยทั่วไป หมายถึงอัตราขยายสัมพัทธ์ ซึ่งนิยามว่า "อัตราส่วนของอัตราขยายกำลังในทิศทางที่กำหนดต่อกำลังของเสาอากาศอ้างอิงในทิศทางอ้างอิง" กำลังไฟฟ้าขาเข้าของเสาอากาศนี้ต้องเท่ากัน เสาอากาศอ้างอิงอาจเป็นตัวสั่น เสาอากาศแบบฮอร์น หรือเสาอากาศอื่นๆ ในกรณีส่วนใหญ่ จะใช้แหล่งกำเนิดจุดที่ไม่กำหนดทิศทางเป็นเสาอากาศอ้างอิง ดังนั้น:
ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่แผ่กระจายทั้งหมดและกำลังไฟฟ้าขาเข้าทั้งหมดเป็นดังนี้:
ตามมาตรฐาน IEEE ระบุว่า "อัตราขยายไม่รวมถึงการสูญเสียเนื่องจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ (การสูญเสียจากการสะท้อน) และความไม่ตรงกันของโพลาไรเซชัน (การสูญเสีย)" มีแนวคิดเกี่ยวกับอัตราขยายอยู่สองแบบ แบบแรกเรียกว่าอัตราขยาย (G) และแบบที่สองเรียกว่าอัตราขยายที่ทำได้ (Gre) ซึ่งจะคำนึงถึงการสูญเสียจากการสะท้อน/ความไม่ตรงกันด้วย
ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราขยายและทิศทางคือ:
ถ้าเสาอากาศจับคู่กับสายส่งได้อย่างสมบูรณ์แบบ กล่าวคือ อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ Zin เท่ากับอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ Zc ของสายส่ง (|Γ| = 0) แล้ว อัตราขยายและอัตราขยายที่ทำได้จะเท่ากัน (Gre = G)
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 14 มิถุนายน 2024
