Bagaimana antena efisiensi rendah dapat digunakan untuk menerima tetapi tidak untuk transmisi?

Untuk teorema timbal balik, jika antena memiliki efisiensi transmisi yang rendah, ia memiliki efisiensi yang sama saat menerima.

Dalam literatur, biasanya dikatakan bahwa seseorang tidak boleh menggunakan antena efisiensi rendah untuk mentransmisikan karena banyak daya akan terbuang sia-sia.

Namun, saya sering membaca bahwa jika itu hanya untuk menerima sinyal, antena efisiensi rendah mungkin digunakan. Mengapa? Dalam kasus seperti itu, Anda menyia-nyiakan jumlah daya yang sama dengan yang Anda buang dengan menggunakan antena yang sama dalam transmisi!

Juga, dengan antena efisiensi rendah sebagai penerima, Anda akan memiliki rasio S / N yang lebih kecil dibandingkan dengan antena efisiensi tinggi.

Hanya karena Anda menerima daya yang ditransmisikan orang lain (yaitu orang lain yang dihabiskan untuk mengirimkannya) seharusnya tidak menjadi alasan yang cukup baik untuk menggunakan antena efisiensi rendah untuk menerimanya.

Teorema timbal balik adalah tentang penguatan antena. Katakanlah kita memiliki antena dengan efisiensi daya 50%, jadi 3dB lebih banyak kehilangan daripada antena yang sempurna.

Jika digunakan untuk penerimaan, ia akan kehilangan setengah daya yang diterimanya, jadi kurangi rasio sinyal terhadap noise karena noise input penerima sebesar 3dB. Tidak ideal, tapi tidak besar, itu hanya berarti pengurangan jangkauan dibandingkan dengan antena yang sempurna di lingkungan yang tenang.

Jika kita menggunakannya di lingkungan radio seluler yang sibuk, dan ada banyak pengguna lain yang menciptakan gangguan pada saluran yang sama dan di dekatnya, maka itu juga melemahkan sinyal-sinyal itu, sehingga sistem berkinerja sama baiknya dengan ketika menggunakan antena yang sempurna .

Sekarang pertimbangkan untuk transmisi. Itu akan kehilangan setengah dari kekuatan yang kita masukkan ke dalamnya. Jika kita ingin memancarkan 100mW (untuk ponsel) atau 100kW (untuk pemancar TV), kita membutuhkan penguat daya RF untuk menghasilkan 200mW (yang akan memberi kita separuh waktu bicara pada baterai yang sama), atau 200kW (akan Anda membeli amplifier 200kW ketika Anda hanya benar-benar membutuhkan 100kW, apalagi 200kW tambahan daya listrik untuk menjalankannya).

Sementara penguatan antena bersifat timbal balik, bagaimana Anda menggunakannya tentu tidak.

Ada gambaran yang lebih besar untuk dipertimbangkan ...

Untuk teorema timbal balik, jika antena memiliki efisiensi transmisi yang rendah, ia memiliki efisiensi yang sama saat menerima.

Hanya untuk benar-benar jelas tentang ini: Anda dapat memiliki "antena" penerima yang sangat bagus dan cukup efisien yang membuat antena transmisi sangat buruk. Teorema timbal balik tidak selalu memberikan gambaran yang lebih besar.

Pertimbangkan antena batang ferit tua yang setia digunakan pada penerima gelombang panjang dan menengah: -

Ini sangat baik dalam mengumpulkan dan menyalurkan bagian magnetik dari gelombang EM insiden dan secara luas digunakan di banyak radio. Namun, itu membuat antena pemancar yang paling buruk karena hanya dapat menghasilkan bagian magnetik dari gelombang EM dan medan H yang akan dihasilkannya akan membubarkan dengan jarak pada besarnya$\frac{1}{d^3}$.

Dibandingkan dengan antena biasa seperti dipol - itu akan menghasilkan bidang E dan H yang menyebar dengan besar $\frac{1}{d}$.

Pertimbangkan juga gelombang mono kuartal (hanya sebagai contoh). Banyak digunakan yang jauh lebih pendek daripada$\lambda/4$ tetapi dapat bekerja sangat efektif sebagai antena penerima karena impedansi output yang mereka sajikan ke penerima radio sangat kapasitif: -

Di $\lambda/4$panjangnya impedansinya sekitar 37 ohm resistif dan tidak kapasitif maupun induktif. Ini adalah alasan tradisional untuk menggunakan monopole gelombang seperempat. Namun, ketika penurunan panjang atau frekuensi operasi yang diperlukan turun, monopole menjadi semakin kapasitif dan bagian resistif cenderung ke nol.

Ini baik-baik saja untuk penerima radio yang beroperasi pada band tertentu - dapat menggunakan induktor untuk membentuk filter bandpass front-end yang baik dan tidak peduli tentang resistansi yang rendah.

Namun, resistansi itu penting untuk pemancar - ia merepresentasikan resistansi medium transmisi (dimodifikasi oleh antena dari 377 ohm ruang bebas menjadi 37 ohm listrik). Resistor itu adalah apa yang Anda inginkan untuk mendorong daya PA Anda ke dalam, dan jika antena "pendek", Anda dengan cepat berjuang untuk menempatkan daya ke resistor 1 ish ohm sambil mengatasi kerugian antena (juga sekitar 1 ohm). Jadi segera Anda kehilangan daya yang ditransmisikan.

Di HF alasannya seperti ini:

Penerimaan pada umumnya adalah noise langit terbatas, yang berarti bahwa noise diri RX biasanya tidak menjadi faktor pembatas. Jika Anda membuat penerima lebih tenang semua yang terjadi adalah Anda mendengar lebih banyak noise langit, jadi untuk menerima kinerja antena, ini jauh lebih banyak tentang rasio F / B (sehingga Anda dapat menghilangkan gangguan) daripada tentang sensitivitas. Gajah lain di dalam ruangan (dan yang sering Anda tukar kepekaannya) adalah penanganan pembawa yang berdekatan dan kuat.

Pada saat mentransmisikan, setiap tambahan dB daya terpancar menempatkan sinyal pada penerima yang jauh di atas kebisingan langit, sehingga Anda benar-benar menginginkan efisiensi yang baik di sini. Situasi ini BUKAN timbal balik, karena kebisingan yang membatasi kinerja ditambahkan setelah transmisi, tetapi sebelum antena penerima.

Di VHF dan ke atas, di mana kebisingan langit jauh lebih sedikit dari masalah, dan kebisingan diri penerima mendominasi, situasinya berbeda karena di sana Anda memiliki timbal balik yang substansial dan antena yang lebih baik di kedua ujungnya sama-sama peduli. Untuk pekerjaan sinyal yang benar-benar lemah, kadang-kadang Anda lebih memilih untuk mendapatkan suhu kebisingan yang lebih rendah daripada mendapatkan keuntungan tertinggi, tetapi itu adalah jenis komunikasi ruang sinyal yang lemah.

Perhatikan bahwa penguatan antena BUKAN satu-satunya angka jasa. Terkadang rasio F / B, atau suhu atau ukuran noise atau bandwidth atau sesuatu yang lain lebih penting.

Mengapa menggunakan antena efisiensi rendah? Ukuran. Saya yakin perancang antena yang ahli dapat meningkatkan efisiensi antena penerima ponsel dengan menempelkan parabola selebar satu meter padanya, tetapi itu membuatnya jauh kurang berguna. Sedangkan base station tidak memiliki kendala dan karenanya dapat menggunakan antena yang lebih besar.

Directionality sangat penting ketika berbicara tentang efisiensi antena juga; parabola sangat efisien tetapi hanya dalam satu arah.