بهره آنتن

در الکترومغناطیس، بهره نیروی آنتن یا بهره یک شکل عملکردی کلیدی است که کارایی الکتریکی و جهت گیری را ترکیب می‌کند. در آنتن فرستنده،بهره نشان می‌دهد که عملکرد آنتن در تبدیل نیروی ورودی به امواج رادیویی که در یک مسیر ویژه هدایت می‌شوند چگونه بوده‌است. درآنتن گیرنده، بهره نشان می‌دهدکه عملکرد آنتن در تبدیل امواج رادیویی حاصل از یک مسیر ویژه به نیروی الکتریکی چگونه بوده‌است. در زمانی که هیچ مسیر مشخصی وجود ندارد،"بهره" به بالاترین مقدار اشاره دارد. زمانی که طرح بهره تابع مسیر است الگوی تشعشع حاصل می‌گردد.
بهره آنتن این گونه تعریف می‌گردد:نسبت نیروی تولیدشده توسط آنتن از منبع میدان دور بر روی محور آنتن به نیروی تولید شده توسط آنتن ایزو ترو پیکی فرضی بدون اتلاف که به سیگنال‌های حاصل از همه مسیرهاحساس می‌باشد. معمولآاین نسبت به صورت دسی بل بیان می‌گردد واین واحدها با عنوان "دسی بل _ایزوتروپیک" (dbi)شناخته می‌شوند. در تعریف دیگر این آنتن با نیروی دریافت شده از طریق آنتن دو قطبی نیم موج بدون اتلاف مقایسه می‌گردد که در این مورد،واحدها به صورت dBd نوشته می‌شوند. از آنجایی که در یک آنتن دو قطبی بدون اتلاف دارای بهره 2.15dbi است، رابطه بین این واحدها به این صورت است: بهره درdBd = بهره در dBi - 2.15 dB
در مورد یک فرکانس مشخص،منطقه موثر آنتن متناسب با ریشه دوم بهر ه آنتن برای یک فرکانس ویژه و مقاومت تشعشعی می‌باشد. به دلیل حالت تقابلی،بهره هر آنتن در زمان دریافت معادل با بهره آن در زمان ارسال است.
بهره جهت دار یا جهت گیری یک معیار متفاوت است که کارایی الکتریکی آنتن را پوشش نمی‌دهد. این عبارت گاهی اوقات در مورد آنتن گیرنده مناسب تراست زمانی که توانایی آنتن برای دریافت سیگنال هااز یک مسیر مد نظراست در حالی که سیگنال‌های مداخله گر یک مسیر متفاوت پذیرفته نمی‌شوند.
بهره نیرو
بهره نیرو (یا بهره ) یک معیار بدون واحد است که کارایی آنتن E antenna را با جهت گیری Dترکیب می‌کند :
در زمان ملاحظه بهره نیرو برای یک مسیر خاص که از طریق ارتفاع و آزیموت ،:
نشان داده شده‌است:
بهره جهت داراست. بهره جهت دار نسبت نیروی تشعشعی در یک مسیر مشخص را به نیروی متشعشع ساز ایزوتروپیکی نشان می‌دهد که مقدار کلی نیروی الکتریکی دریافت شده از طریق آنتن را متشعشع می‌سازد. این بهره بر خلاف بهره جهت داری است که هر گونه کاهش کارایی را نادیده می‌گیرد. اگر فقط بخش خاصی از نیروی الکتریکی دریافت شده از فرستنده توسط آنتن متشعشع گردد (یعنی کارایی کمتر از %۱۰۰)،بهره جهت دار$2، نیروی متشعشع شده در یک مسیرخاص را با نیروی کاهش یافته مقایسه می‌کندواز نا کار آمدی صرف نظر می‌شود. از طرف دیگر،بهره نیرو کارایی ضعیف‌تر رااز طریق مقایسه نیروی متشعشع شده در یک مسیر مشخص با نیروی واقعی که آنتن از فرستنده دریافت می‌کند پوشش می‌دهد وبنابراین این یک رقم مفید‌تر برای توانایی فرستنده در ارسال موج رادیویی به سمت گیرنده می‌باشد.
شدت تشعشع نیروی تشعشع یافته را در در هر زاویه بیان می‌کند. در خصوص ،بهره نیرو در یک مسیر مشخص را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:
در اینجاP in نشان داده دهنده نیروی الکتریکی خالص است که وارد‌تر مینال‌های آنتن می‌گردد. توجه داشته باشید که در مورد عدم تطابق امپدانس ,P in به صورت نیروی لاین ارسال منهای نیروی منعکس شده محاسبه می‌گردد. یا اینکه$2، در خصوص RMSولتاژVدر ترمینال‌های آنتن،رابطه زیر وجود دارد:
که در این جا Z in امپدانس فید پونیت می‌باشد.
ارقام استفاده شده برای بهره نیرو
ارقام منتشر شده برای بهره آنتن تقریبا همیشه به صورت دسی بل (DB)بیان می‌شوند که یک مقیاس لگاریتمی است. براساس فاکتور بهره Gمی توان بهره را به صورت دسی بل مشاهده کرد:
بنابراین،یک آنتن با بهره نیروی پیک ۵ دارای بهره 7 dBiمی‌باشد. "dbi""db"برای تاکید بر این مسئله استفاده می‌گردد که معادل با بهره بر اساس تعریف اصلی می‌باشد که در این تعریف،آنتن با متشعشع ساز ایزوتروپیک مقایسه می‌گردد.
در زمانی که سنجش‌های واقعی بهره آنتن در آزمایشگاه انجام می‌گیرد قدرت میدانی آنتن تست در زمانی اندازه‌گیری می‌شود که در یک مسافت خاص قرار دارد. این قدرت میدانی با قدرت میدانی آنتن مرجع در همان مسافت که همان نیرورا دریافت می‌کند مقایسه می‌شود. برای اینکه بهره آنتن تست مشخص گردد$2، اگر آنتن مرجع یک متشعشع ساز ایزوتروپیک باشد این نسبت معادل Gاست.
اما ساخت متشعشع ساز ایزوتروپیک امکان‌پذیر نمی‌باشد،بنابراین عملا یک آنتن متفاوت استفاده می‌شود. غالبا این آنتن یک آنتن دو قطبی نیم موج است که قابل تکرار و قابل فهم است و به راحتی با هر فرکانسی ساخته می‌شود. بهره جهت دارد وقطبی نیم موج ۱٫۶۴ است وکارایی آن تقریبا ۱۰۰٪ می‌باشد. از آنجایی که بهره با توجه به این آنتن مرجع اندازه‌گیری شده است تفاوت بهره آنتن تست غالبا با بهره آنتن دو قطبی" مقایسه می‌گردد؛ بنابراین غالبااز عبارت بهره نسبت به دو قطبی وعلامت "dBd"به جای "dBi"برای اجتناب از سردرگمی استفاده می‌شود؛ بنابراین در خصوص بهره حقیقی (نسبت به متشعشع ساز ایزو ترو پیکی)G،رقم بهره به صورت زیر به دست می‌آید:
به عنوان مثال آنتن بالا با بهره G=۵دارای یک بهره نسبت به دو قطبی ۳٫۰۵ = ۵/۱٫۶۴ بر حسب دسی بل است که آن را می‌توان 10 log(3.05) = 4.84 dBd نامید. به طور کلی:
dBiوdBd کاربردهای متداولی دارند. در زمانی که ماکزیمم بهره آنتن بر حسب دسی بل مشخص می‌گرددباید در این خصوص اطمینان پیدا کردکه آیا این به معنای بهره نسبت به دو قطبی می‌باشد. اگر "dBi"یا "dBd" مشخص گردد ابهامی وجود ندارد اما اگر فقط "dB"مشخص گردد مشاوره در این خصوص لازم می‌باشد. هر رقم را می‌توان به راحتی با استفاده از رابطه بالابه رقم دیگر تبدیل کرد.
توجه داشته باشید که در زمانی که الگوی جهت دار آنتن ملاحظه می‌شود «بهره نسبت به دو قطبی» به معنای مقایسه بهره آن آنتن در هر مسیر با بهره دو قطبی درآن مسیر «نمی‌باشد».
بلکه این مقایسه بین بهره آنتن در هر مسیر با بهره یپیک دو قطبی(۱٫۶۴) انجام می‌گیرد؛ بنابراین در هر مسیر این اعداد 2.15 dBکوچکتر از بهره بیان شده به dBiهستند.
بهره نسبی
بهره نسبی به صورت بهره نیرومحاسبه می‌گردد اما مرتبط با یک پلاریزاسیون ویژه می‌باشد.
این بهره به صورت بخشی از شدت تشعشع که منطبق با پلاریزاسیون خاصی است تقسیم بر شدت تشعشع کلی آنتن ایزو تروپیک محاسبه می‌شود.
و نشان دهنده شدت تشعشع در یک مسیر خاص در مولفه میدان Eمربوطه هستند.
بر اساس این تعریف نتیجه‌گیری می‌کنیم که بهره کلی یک آنتن مجموع بهره‌های نسبی برای هر دو پلاریزاسیون متعامد می‌باشد.
محاسبه مثال
فرض کنید که آنتن پر اتلاف دارای یک الگوی تشعشعی است که از طریق رابطه زیر نشان داده می‌شود:
اجازه دهیدما بهره چنین آنتنی را به دست آوریم.
راه حل :
در ابتدا شدت پیک تشعشع این آنتن را می‌یابیم:
نیروی متشعشع شده یکلی را می‌توان با انتگرال در همه مسیرها به دست آورد:
ازآنجا یی که این آنتن به عنوان آنتن بدون اتلاف شناخته می‌شود کارایی تشعشع برابر با ۱ است. ماکزیمم بهره عبارت است از:
در زمانی که بهره نسبت به بهره یک دو قطبی بیان می‌شود رابطه زیر را می‌یابیم:
نیروی تشعشعی کلی
نیروی کلی متشعشع ساز،اندازه بهره آنتن با اثرات جذب نیرو ویا بدون اثرات جذب نیرو است که اتلاف ممکن است حاصل از اشیای مجاور آنتن باشد.TRPدر آزمایشگاه به صورت نیروی متشعشع شده در مقایسه با آنتن ایزوترو پیک سنجیده می‌شود.
TRPرا می‌توان اندازه‌گیری کرد در حالی که در مجاورت جذب نیرو،اتلاف‌هایی رخ می‌دهد که حاصل از بدنه دستگاه متحرک کار بر تست می‌باشد.
TRPرا می‌توان برای تعیین اتلاف بدنه (BoL)استفاده کرد. اتلاف بدنه به عنوان نسبت TRPاندازه‌گیری شده با وجود اتلاف وTRPاندازه‌گیری شده در فضای باز است.
آنتن
آنتن‌های اندازه‌گیری
بهره‌وری آنتن
جهت
آنتن جهت
آنتن سطح موثر