Eficiencia de iluminación

La eficiencia de iluminación de la antena [ apertura ] es una medida del grado en que una antena o un conjunto de antenas se excita o ilumina de manera uniforme. Es habitual que una antena [apertura] o un conjunto de antenas se subilumine o subexcite intencionalmente para mitigar los lóbulos laterales y reducir la temperatura de la antena . No debe confundirse con la eficiencia de radiación o la eficiencia de la antena. ^[1]

Definición

La eficiencia de iluminación de una 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 entender estas definiciones es que la directividad "máxima" se refiere a la dirección de la intensidad máxima de radiación, es decir, el lóbulo principal. Por lo tanto, la eficiencia de iluminación no es una función del ángulo con respecto a la antena [apertura], 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] se excitara [iluminara] uniformemente sin diferencia de fase (equifase) sobre toda la apertura, entonces la eficiencia de iluminación sería igual a la unidad. Es muy típico que una antena [apertura] se subexcite [ilumine] intencionalmente con un "ahusamiento" para reducir los lóbulos laterales del patrón de radiación y la temperatura de la antena . En un diseño de este tipo, la directividad máxima se reduce porque no se está utilizando toda la apertura en la medida de lo posible, y la eficiencia de iluminación será menor que la unidad. La elección de palabras del IEEE es algo confusa, porque la directividad "máxima" siempre es menor o igual que la directividad "estándar". La palabra máxima, en este caso, se utiliza para significar 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 fundamentales entre la definición de eficiencia y área efectiva de una antena por parte de distintos autores y el IEEE. El 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, el IEEE establece que "el área efectiva de una antena en una dirección dada es igual al cuadrado de la longitud de onda operativa por su ganancia en esa dirección dividido por 4π". La ganancia también se define como menor que la directividad por la eficiencia de radiación, ^[1] ${\displaystyle \eta }$

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

Sin embargo, otros autores de prestigio definen el área efectiva en términos de la 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 del 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 la iluminación? ${\displaystyle \eta _{i}}$

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

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

Así que claramente hay un problema. Si las definiciones del IEEE son verdaderas, entonces y por lo tanto . O, si los otros autores están en lo cierto, 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 para definiciones de términos para antenas . IEEE . Std 145-2013.
2. Cheng, David K. (1992). Electromagnetismo de campo y de onda . Reading, MA: Addison-Wesley. págs. 634–637. ISBN 0-201-12819-5.
3. Balanis, Constantine A. (2016). Teoría de antenas: análisis y diseño (4.ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey. pág. 86. ISBN 978-1-119-17898-9. OCLC  933291646.{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )