Wie kann eine Antenne mit geringem Wirkungsgrad zum Empfangen, aber nicht zum Senden verwendet werden?

Wenn für den Reziprozitätssatz eine Antenne einen geringen Wirkungsgrad beim Senden aufweist, hat sie beim Empfangen den gleichen Wirkungsgrad.

In der Literatur wird normalerweise gesagt, dass man keine Antenne mit geringem Wirkungsgrad zum Senden verwenden sollte, da viel Energie verschwendet würde.

Ich habe jedoch oft gelesen, dass eine Antenne mit geringem Wirkungsgrad verwendet werden kann, wenn nur Signale empfangen werden. Warum? In einem solchen Fall verschwenden Sie dieselbe Menge an Energie, die Sie durch die Verwendung derselben Antenne bei der Übertragung verschwendet hätten!

Mit einer Antenne mit niedrigem Wirkungsgrad als Empfänger haben Sie außerdem ein geringeres Rauschabstand als mit einer Antenne mit höherem Wirkungsgrad.

Nur weil Sie die Leistung erhalten, die jemand anderes gesendet hat (dh jemand anderes, der sie gesendet hat), sollte dies kein guter Grund sein, eine Antenne mit geringem Wirkungsgrad zum Empfangen zu verwenden.

Der Reziprozitätssatz bezieht sich auf den Gewinn der Antenne. Nehmen wir an, wir haben eine Antenne mit 50% Energieeffizienz, also 3 dB mehr Verlust als eine perfekte Antenne.

Wenn es für den Empfang verwendet wird, verliert es die Hälfte der empfangenen Leistung. Verringern Sie daher das Signal-Rausch-Verhältnis aufgrund des Eingangsrauschens des Empfängers um 3 dB. Nicht ideal, aber nicht groß, es bedeutet nur eine Verringerung der Reichweite im Vergleich zu einer perfekten Antenne in einer ruhigen Umgebung.

Wenn wir es in einer geschäftigen Mobilfunkumgebung verwenden und viele andere Benutzer Interferenzen auf denselben und in der Nähe befindlichen Kanälen verursachen, werden diese Signale ebenfalls gedämpft, sodass das System genauso gut funktioniert wie bei Verwendung einer perfekten Antenne .

Betrachten Sie es nun für die Übertragung. Es wird die Hälfte der Kraft verlieren, die wir in es stecken. Wenn wir 100 mW (für ein Mobiltelefon) oder 100 kW (für einen Fernsehsender) ausstrahlen möchten, benötigen wir unseren HF-Leistungsverstärker, um 200 mW (was uns die Hälfte der Gesprächszeit mit derselben Batterie ermöglicht) oder 200 kW (würde) Sie kaufen einen 200-kW-Verstärker, wenn Sie wirklich nur 100 kW benötigen, ohne Rücksicht auf die zusätzlichen 200 kW Netzleistung, um ihn zu betreiben.

Während der Antennengewinn wechselseitig ist, ist es sicherlich nicht so, wie Sie ihn verwenden.

Es gibt ein größeres Bild zu berücksichtigen ...

Wenn für den Reziprozitätssatz eine Antenne einen geringen Wirkungsgrad beim Senden aufweist, hat sie beim Empfangen den gleichen Wirkungsgrad.

Um ganz klar zu sein: Sie können eine sehr gute und ziemlich effiziente Empfangsantenne haben, die eine sehr schlechte Sendeantenne ergibt. Der Reziprozitätssatz gibt nicht immer das Gesamtbild wieder.

Betrachten Sie Ihre alte treue Ferritstabantenne, die in Lang- und Mittelwellenempfängern verwendet wird:

Es ist sehr gut zum Sammeln und Leiten des magnetischen Teils der einfallenden EM-Welle und wird in vielen Radios häufig verwendet. Es ist jedoch die abgrundtiefste Sendeantenne, da es nur den magnetischen Teil der EM-Welle erzeugen kann und das H-Feld, das es erzeugt, sich mit einer Entfernung von einer Größe von zerstreut$\frac{1}{d^3}$

Im Vergleich zu einer normalen Antenne wie einem Dipol werden E- und H-Felder erzeugt, die sich mit einer Größe von zerstreuen$\frac{1}{d}$

$\lambda/4$

$\lambda/4$

Dies ist in Ordnung für einen Funkempfänger, der auf einem bestimmten Band arbeitet - er kann einen Induktor verwenden, um ein gutes Front-End-Bandpassfilter zu bilden, und es ist ihm egal, ob der Widerstand niedrig ist.

Dieser Widerstand ist jedoch für einen Sender wichtig - er repräsentiert den Widerstand des Übertragungsmediums (modifiziert durch die Antenne von 377 Ohm Freiraum auf 37 Ohm elektrisch). In diesen Widerstand möchten Sie Ihre PA-Leistung einspeisen. Wenn die Antenne "kurz" ist, kämpfen Sie schnell darum, einen 1-ish-Ohm-Widerstand mit Strom zu versorgen, während Sie mit Antennenverlusten (ebenfalls ca. 1 Ohm) fertig werden. Sie verlieren also sofort die übertragene Energie.

Bei HF lautet die Argumentation wie folgt:

Das Empfangen ist im Allgemeinen auf Himmelsrauschen beschränkt, was bedeutet, dass das RX-Eigenrauschen normalerweise in keiner Weise der begrenzende Faktor ist. Wenn Sie den Empfänger leiser machen, hören Sie nur mehr Himmelsgeräusche. Beim Empfangen der Antennenleistung geht es also weit mehr um das F / B-Verhältnis (damit Sie Interferenzen auf Null setzen können) als um die Empfindlichkeit. Der andere Elefant im Raum (und einer, gegen den Sie häufig bereitwillig Sensibilität eintauschen) ist der Umgang mit starken benachbarten Trägern.

Beim Senden bringt jedoch jedes zusätzliche dB Strahlungsleistung das Signal am Empfänger so weit über das Himmelsrauschen, dass Sie hier wirklich eine gute Effizienz wünschen. Die Situation ist NICHT wechselseitig, da das Geräusch, das die Leistung einschränkt, nach dem Senden, aber vor den Empfangsantennen hinzugefügt wird.

Bei UKW und höher, wo Himmelsgeräusche sehr viel weniger ein Problem sind und das Eigengeräusch des Empfängers dominiert, ist die Situation anders, da Sie an beiden Enden eine erhebliche Reziprozität und bessere Antennen haben, die ungefähr gleich wichtig sind. Für wirklich schwache Signalarbeit bevorzugen Sie manchmal eine niedrigere Rauschtemperatur anstelle der endgültigen Verstärkung, aber das ist eine Art schwache Signalraumkommunikation.

Beachten Sie, dass der Antennengewinn NICHT die einzige Gütezahl ist. Manchmal ist das F / B-Verhältnis oder die Rauschtemperatur oder -größe oder -bandbreite oder etwas anderes wichtiger.

Warum eine Antenne mit geringem Wirkungsgrad verwenden? Größe. Ich bin sicher, dass ein erfahrener Antennendesigner die Effizienz einer Empfangsantenne für Mobiltelefone verbessern kann, indem er eine meterbreite Parabolschale daran anbringt, aber das macht sie erheblich weniger nützlich. Während die Basisstation diese Einschränkungen nicht aufweist und daher größere Antennen verwenden kann.

Auch bei der Antenneneffizienz spielt die Direktionalität eine große Rolle. Parabolgerichte sind sehr effizient, aber nur in eine Richtung.