Przydatnym parametrem obliczającym moc odbiorczą anteny jestefektywny obszarLubefektywna apertura. Załóżmy, że fala płaska o tej samej polaryzacji co antena odbiorcza pada na antenę. Załóżmy ponadto, że fala ta przemieszcza się w kierunku anteny w kierunku maksymalnego promieniowania anteny (kierunek, z którego zostanie odebrana największa moc).
Następnieefektywna aperturaparametr opisuje, ile mocy jest pobierane z danej fali płaskiej. Niechpbędzie gęstością mocy fali płaskiej (w W/m^2). JeśliP_treprezentuje moc (w watach) na zaciskach anteny dostępną dla odbiornika anteny, zatem:
Zatem efektywny obszar po prostu przedstawia, ile mocy jest przechwytywane z fali płaskiej i dostarczane przez antenę. Obszar ten uwzględnia straty wewnętrzne anteny (straty omowe, straty dielektryczne itp.).
Ogólny związek między efektywną aperturą a szczytowym zyskiem anteny (G) dowolnej anteny jest następujący:
Efektywną aperturę lub powierzchnię efektywną można zmierzyć na rzeczywistych antenach, porównując je ze znaną anteną o danej efektywnej aperturze lub wykonując obliczenia przy użyciu zmierzonego wzmocnienia i powyższego równania.
Efektywna apertura będzie użyteczną koncepcją do obliczania mocy odebranej z fali płaskiej. Aby zobaczyć to w działaniu, przejdź do następnej sekcji na temat wzoru transmisji Friisa.
Równanie transmisji Friisa
Na tej stronie przedstawiamy jedno z najbardziej podstawowych równań w teorii anten,Równanie transmisji FriisaRównanie transmisji Friisa służy do obliczania mocy odbieranej z jednej anteny (z uwzględnieniem wzmocnienia)G1), gdy jest transmitowany z innej anteny (z wzmocnieniemG2), oddzielone odległościąRi działa na częstotliwościflub długość fali lambda. Warto przeczytać tę stronę kilka razy i powinna być w pełni zrozumiana.
Wyprowadzenie wzoru przekładni Friisa
Aby rozpocząć wyprowadzenie równania Friisa, rozważmy dwie anteny w wolnej przestrzeni (bez przeszkód w pobliżu), oddalone od siebie o odległośćR:
Załóżmy, że （ ）Waty całkowitej mocy są dostarczane do anteny nadawczej. Na chwilę obecną załóżmy, że antena nadawcza jest dookólna, bezstratna i że antena odbiorcza znajduje się w dalekim polu anteny nadawczej. Wówczas gęstość mocyp(w watach na metr kwadratowy) fali płaskiej padającej na antenę odbiorczą w odległościRz anteny nadawczej podaje się wzorem:
Rysunek 1. Anteny nadawcze (Tx) i odbiorcze (Rx) rozdzieloneR.
Jeżeli antena nadawcza ma zysk anteny w kierunku anteny odbiorczej określony wzorem ( ), wówczas powyższe równanie gęstości mocy przyjmuje postać:
Wyraz wzmocnienia uwzględnia kierunkowość i straty rzeczywistej anteny. Załóżmy teraz, że antena odbiorcza ma skuteczną aperturę podaną przez( ). Następnie moc odbierana przez tę antenę ( ) jest podana wzorem:
Ponieważ efektywną aperturę dowolnej anteny można również wyrazić jako:
Otrzymaną moc można zapisać w następujący sposób:
Równanie 1
Jest to znane jako wzór transmisji Friisa. Łączy on stratę ścieżki wolnej przestrzeni, zyski anteny i długość fali z mocą odbieraną i nadawczą. Jest to jedno z podstawowych równań w teorii anten i należy je zapamiętać (podobnie jak powyższe wyprowadzenie).
Inna użyteczna forma równania transmisji Friisa jest podana w równaniu [2]. Ponieważ długość fali i częstotliwość f są powiązane przez prędkość światła c (patrz strona wprowadzenia do częstotliwości), mamy wzór transmisji Friisa w odniesieniu do częstotliwości:
Równanie 2
Równanie [2] pokazuje, że przy wyższych częstotliwościach tracona jest większa moc. Jest to podstawowy wynik równania transmisji Friisa. Oznacza to, że w przypadku anten o określonych wzmocnieniach transfer energii będzie najwyższy przy niższych częstotliwościach. Różnica między mocą odebraną a mocą przesłaną jest znana jako strata ścieżki. Mówiąc inaczej, równanie transmisji Friisa mówi, że strata ścieżki jest wyższa przy wyższych częstotliwościach. Nie można przecenić znaczenia tego wyniku ze wzoru transmisji Friisa. Dlatego telefony komórkowe zazwyczaj działają przy częstotliwości mniejszej niż 2 GHz. Może być dostępne więcej widma częstotliwości przy wyższych częstotliwościach, ale związana z tym strata ścieżki nie umożliwi odbioru wysokiej jakości. Jako dalszą konsekwencję równania transmisji Friisa załóżmy, że ktoś zapyta cię o anteny 60 GHz. Zauważając, że ta częstotliwość jest bardzo wysoka, możesz stwierdzić, że strata ścieżki będzie zbyt duża dla komunikacji dalekiego zasięgu - i masz absolutną rację. Przy bardzo wysokich częstotliwościach (60 GHz jest czasami określane jako obszar mm (fala milimetrowa)), strata ścieżki jest bardzo wysoka, więc możliwa jest tylko komunikacja punkt-punkt. Dzieje się tak, gdy odbiornik i nadajnik znajdują się w tym samym pomieszczeniu i są zwróceni do siebie. Jako dalszy wniosek z wzoru transmisji Friisa, czy uważasz, że operatorzy telefonii komórkowej są zadowoleni z nowego pasma LTE (4G), które działa na częstotliwości 700 MHz? Odpowiedź brzmi: tak: jest to niższa częstotliwość niż ta, na której tradycyjnie działają anteny, ale z równania [2] zauważamy, że strata ścieżki będzie zatem również niższa. Stąd mogą „pokryć większy obszar” tym spektrum częstotliwości, a niedawno dyrektor Verizon Wireless nazwał to „spektrum wysokiej jakości”, właśnie z tego powodu. Uwaga: Z drugiej strony producenci telefonów komórkowych będą musieli zamontować antenę o większej długości fali w kompaktowym urządzeniu (niższa częstotliwość = większa długość fali), więc zadanie projektanta anteny stało się nieco bardziej skomplikowane!
Na koniec, jeśli anteny nie są dopasowane pod względem polaryzacji, powyższą otrzymaną moc można pomnożyć przez współczynnik strat polaryzacji (PLF), aby właściwie uwzględnić tę niezgodność. Równanie [2] powyżej można zmienić, aby uzyskać uogólnioną formułę transmisji Friisa, która obejmuje niezgodność polaryzacji:
Równanie 3
Czas publikacji: 08-01-2024
