Eficiencia de iluminación

La eficiencia de iluminación de la antena [ apertura ] es una medida del grado en que una antena o conjunto está excitado o iluminado uniformemente. Es típico que una antena [apertura] o un conjunto esté subiluminado o subexcitado intencionalmente para mitigar los lóbulos laterales y reducir la temperatura de la antena . No debe confundirse con la eficiencia de la radiación o la eficiencia de la antena. ^[1]

Definición

La eficiencia de iluminación de la antena [apertura] se define como "La relación, generalmente expresada en porcentaje, entre la directividad máxima de una antena [apertura] y su directividad estándar". Es sinónimo de directividad normalizada. La directividad estándar [de referencia] se define como "La directividad máxima de una apertura plana de área A, o de una fuente lineal de longitud L, cuando se excita con una distribución equifase de amplitud uniforme". ^[1] La clave para comprender estas definiciones es que la directividad "máxima" se refiere a la dirección de máxima intensidad de radiación, es decir, el lóbulo principal. Por lo tanto, la eficiencia de la iluminación no es una función del ángulo con respecto a la [apertura] de la antena, sino que es una constante de la apertura para todos los ángulos de aspecto.

Directividad estándar

La distinción entre directividad máxima y directividad estándar es sutil. Sin embargo, se puede inferir que, si una antena [apertura] fuera excitada [iluminada] uniformemente sin diferencia de fase (equipase) en toda la apertura, entonces la eficiencia de iluminación sería igual a la unidad. Es muy típico que una antena [apertura] esté subexcitada [iluminada] intencionalmente con un "cónico" para reducir los lóbulos laterales del patrón de radiación y la temperatura de la antena . En tal diseño, la directividad máxima se reduce porque la apertura total no se utiliza en la máxima medida posible y la eficiencia de iluminación será menor que la unidad. La elección de palabras del IEEE es algo confusa, porque la directividad "máxima" es siempre menor o igual que la directividad "estándar". La palabra máximo, en este caso, se utiliza para referirse a la intensidad de radiación máxima del patrón de directividad general, que de otro modo se define para todos los ángulos de aspecto.

Relación con la eficiencia de la antena

Existen diferencias críticas en la forma en que varios autores y el IEEE definen la eficiencia de la antena y el área efectiva de una antena. IEEE define la eficiencia de una antena de tipo apertura como "Para una antena con una apertura plana especificada, la relación entre el área efectiva máxima de la antena y el área de apertura". ^[1]

${\displaystyle \eta _{a}={\frac {A_{e,max}}{A}}}$

y bajo el área efectiva de una antena, IEEE establece: "El área efectiva de una antena en una dirección determinada es igual al cuadrado de la longitud de onda operativa multiplicada por su ganancia en esa dirección dividida por 4π". La ganancia también se define como menor que la directividad por la eficiencia de la radiación, ^[1] ${\displaystyle \eta }$

${\displaystyle A_{e}=G{\frac {\lambda ^{2}}{4\pi }}=\eta D{\frac {\lambda ^{2}}{4\pi }}}$

Sin embargo, otros autores acreditados definen el área efectiva en términos de directividad: ^{[2] [3]}

${\displaystyle A_{e}=D{\frac {\lambda ^{2}}{4\pi }}}$

De cualquier manera, la directividad estándar no puede exceder:

${\displaystyle D_{std}\leq A{\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}}$

desde . ${\displaystyle \eta _{a}\leq 1}$

Según las definiciones de IEEE:

${\displaystyle D_{max}=\eta _{i}D_{std}\leq {\frac {\eta _{i}}{\eta _{a}}}A_{e,max}{\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}={\frac {\eta _{i}}{\eta _{a}}}\eta D_{max}}$

¿ Dónde está la eficiencia de iluminación? ${\displaystyle \eta _{i}}$

Sin embargo, según la definición de otros autores: ^[2]

${\displaystyle D_{max}=\eta _{i}D_{std}\leq {\frac {\eta _{i}}{\eta _{a}}}A_{e,max}{\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}={\frac {\eta _{i}}{\eta _{a}}}D_{max}}$

Claramente hay un problema. Si las definiciones del IEEE son verdaderas, entonces y por lo tanto . O, si los otros autores tienen razón, entonces . ${\displaystyle {\frac {\eta _{i}}{\eta _{a}}}\eta =1}$ ${\displaystyle \eta ={\frac {\eta _{a}}{\eta _{i}}}}$ ${\displaystyle \eta _{a}=\eta _{i}}$

Referencias

1. ^ Estándar. IEEE . Norma 145-2013.
2. Cheng, David K. (1992). Electromagnético de campo y ondas . Lectura, MA: Addison-Wesley. págs. 634–637. ISBN 0-201-12819-5.
3. Balanis, Constantino A. (2016). Teoría de antenas: análisis y diseño (4ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey. pag. 86.ISBN​ 978-1-119-17898-9. OCLC  933291646.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace )