بهره آنتن

بهرهٔ توان (یا بهره) یک کمیّت بدون واحد است که با بازده آنتن E_antenna و جهت‌داری آن (D) رابطه دارد:

$${\displaystyle G=E_{\textrm {antenna}}\cdot D}$$

بهرۀ جهت‌دار، در یک جهت مشخص ${\displaystyle \theta }$ و ${\displaystyle \phi }$ (در مختصات کروی)، عبارت است از:

${\displaystyle G(\theta ,\phi )=E_{\textrm {antenna}}\cdot D(\theta ,\phi )}$

که ${\displaystyle D(\theta ,\phi )}$ بهرهٔ جهت‌دار آنتن است. بهرهٔ جهت‌دار نسبت توان تشعشعی در یک جهت مشخص را به توان یک آنتن ایزوتروپیک نشان می‌دهد به گونه‌ای که توان الکتریکی‌ داده‌شده‌ به آنها یکسان باشد. این بهره، بازده آنتن را نادیده می‌گیرد.

شدت تشعشع ${\displaystyle U(\phi ,\theta )}$، توان تشعشع‌شده را در در هر جهت فضایی (${\displaystyle \phi }$ و ${\displaystyle \theta }$) بیان می‌کند. بهرۀ توان در یک جهت مشخص، به صورت زیر محاسبه می‌شود:

${\displaystyle G={\frac {U}{P_{\rm {in}}/4\pi }}}$

که P_in توان الکتریکی است که وارد آنتن می‌شود، و

${\displaystyle P_{\rm {in}}=V^{2}\cdot {\textrm {Re}}\left\lbrace {\frac {1}{Z_{\rm {in}}}}\right\rbrace }$

که Z_in امپدانس ورودی آنتن (فیدپوینت) است.

بهرهٔ آنتن اغلب با دسی‌بل (dB) بیان می‌شود که یک مقیاس لگاریتمی است:

${\displaystyle G_{\textrm {dBi}}=10\ \log _{10}\left(G\right)}$

بنابراین،یک آنتن با بهرهٔ توان 5، دارای بهرهٔ 7 dBi است.

ساخت آنتن ایزوتروپیک امکان‌پذیر نیست، بنابراین در عمل، آنتن دیگری برای مقایسه در نظر گرفته‌می‌شود که غالباً آنتن دوقطبی نیم‌موج است. بهرهٔ جهت‌دار آن ۱٫۶۴ و بازده آن تقریباً ۱۰۰٪ است. بنابراین برای جلوگیری از سردرگمی، از عبارت "بهره نسبت به دوقطبی" و علامت dBd به‌جای dBi استفاده می‌شود. بنابراین بهرهٔ حقیقی (نسبت به آنتن ایزوتروپیک) به صورت زیر به دست می‌آید:

${\displaystyle G_{\rm {dBd}}=10\cdot \log _{10}\left({\frac {G}{1.64}}\right)}$

به طور کلی:

${\displaystyle G_{\rm {dBd}}=G_{\rm {dBi}}-2.15}$

بهرهٔ جزئی مانند بهرهٔ توان محاسبه می‌شود اما برای یک پلاریزاسیون ویژه. این بهره به صورت بخشی از شدت تشعشع ${\displaystyle U}$ که پلاریزاسیون خاصی دارد تقسیم بر شدت تشعشع کلی آنتن ایزوتروپیک محاسبه می‌شود.

${\displaystyle G_{\theta }=4\pi \left({\frac {U_{\theta }}{P_{\mathrm {in} }}}\right)}$

${\displaystyle G_{\phi }=4\pi \left({\frac {U_{\phi }}{P_{\mathrm {in} }}}\right)}$

${\displaystyle U_{\theta }}$ و ${\displaystyle U_{\phi }}$ شدت تشعشع در جهتی خاص مؤلفه میدان E مربوطه هستند.

بهرهٔ کلی یک آنتن مجموع بهره‌های جزئی دو پلاریزاسیون متعامد است.

${\displaystyle G=G_{\theta }+G_{\phi }}$

الگوی تشعشعی یک آنتن بااتلاف از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:

${\displaystyle U=B_{0}\,\sin ^{3}(\theta )}$

بنابراین حداکثر توان تشعشعی این آنتن عبارتست از:

${\displaystyle U_{\mathrm {max} }=B_{0}}$

توان کل تشعشع‌شده را می‌توان با انتگرال گرفتن روی همهٔ جهت‌ها به دست آورد:

${\displaystyle P_{\mathrm {rad} }=\int _{0}^{2\pi }\int _{0}^{\pi }U(\theta ,\phi )\sin(\theta )\,d\theta \,d\phi =2\pi B_{0}\int _{0}^{\pi }\sin ^{4}(\theta )\,d\theta =B_{0}\left({\frac {3\pi ^{2}}{4}}\right)}$

${\displaystyle D=4\pi \left({\frac {U_{\mathrm {max} }}{P_{\mathrm {rad} }}}\right)=4\pi \left[{\frac {B_{0}}{B_{0}\left({\frac {3\pi ^{2}}{4}}\right)}}\right]={\frac {16}{3\pi }}=1.698}$

از آنجا که این آنتن، بی‌اتلاف است، بازده تشعشعی آن برابر با ۱ است. حداکثر بهره عبارت است از:

${\displaystyle G=E_{\rm {antenna}}\,D=(1)(1.698)=1.698}$.

${\displaystyle G_{dBi}=10\,\log _{10}(1.698)=2.30\,\mathrm {dBi} }$

اگر بهره نسبت به بهرهٔ یک دوقطبی بیان شود:

${\displaystyle G_{dBd}=10\,\log _{10}(1.698/1.64)=0.15\,\mathrm {dBd} }$.

توان تشعشعی کل (TRP)، توان تشعشع‌شده در مقایسه با آنتن ایزوتروپیک است. TRP را می‌توان اندازه‌ گرفت.[1]

TRP را می‌توان برای تعیین اتلاف بدنه (BoL) استفاده کرد. اتلاف بدنه، نسبت TRP بااتلاف و TRP فضای باز است.

• آنتن
• آنتن‌های اندازه‌گیری
• بهره‌وری آنتن
• جهت
• آنتن جهت
• آنتن سطح مؤثر

• آنتن نظریه (نسخه ۳)، توسط C. Balanis، ویلی، ۲۰۰۵، شابک ‎۰−۴۷۱−۶۶۷۸۲-X
• آنتن برای همه برنامه (نسخه ۳)، توسط جان د کراوس، رونالد J. Marhefka، ۲۰۰۲، شابک ‎۰−۰۷−۲۳۲۱۰۳−۲

 This article incorporates public domain material from the General Services Administration document "Federal Standard 1037C" (in support of MIL-STD-188).