główny

Efektywna apertura anteny

Przydatnym parametrem obliczającym moc odbiorczą anteny jestefektywny obszarLubefektywna przysłona.Załóżmy, że na antenę pada fala płaska o tej samej polaryzacji co antena odbiorcza.Załóżmy dalej, że fala przemieszcza się w kierunku anteny w kierunku maksymalnego promieniowania anteny (kierunek, z którego otrzymana zostanie największa moc).

A późniejefektywna przysłonaParametr opisuje, ile mocy jest przechwytywane z danej fali płaskiej.Pozwalaćpbędzie gęstością mocy fali płaskiej (w W/m^2).JeśliP_treprezentuje moc (w watach) na zaciskach anteny dostępną dla odbiornika anteny, wówczas:

2

Dlatego efektywny obszar reprezentuje po prostu ilość mocy wychwytywanej z fali płaskiej i dostarczanej przez antenę.Obszar ten uwzględnia straty właściwe antenie (straty omowe, straty dielektryczne itp.).

Ogólny związek efektywnej apertury pod względem szczytowego wzmocnienia anteny (G) dowolnej anteny jest określony wzorem:

3

Efektywną aperturę lub efektywną powierzchnię można zmierzyć na rzeczywistych antenach poprzez porównanie ze znaną anteną o danej efektywnej aperturze lub poprzez obliczenia wykorzystujące zmierzony zysk i powyższe równanie.

Efektywna apertura będzie użyteczną koncepcją do obliczenia mocy odbieranej z fali płaskiej.Aby zobaczyć to w akcji, przejdź do następnej sekcji dotyczącej formuły przekładni Friis.

Równanie transmisji Friisa

Na tej stronie przedstawiamy jedno z najbardziej podstawowych równań w teorii anteny, tzwRównanie transmisji Friisa.Równanie transmisji Friisa służy do obliczenia mocy odbieranej z jednej anteny (ze wzmocnieniemG1), gdy są transmitowane z innej anteny (z zyskiemG2), oddzielone odległościąRi działa z częstotliwościąflub długość fali lambda.Tę stronę warto przeczytać kilka razy i należy ją w pełni zrozumieć.

Wyprowadzenie wzoru przekładni Friisa

Aby rozpocząć wyprowadzanie równania Friisa, rozważ dwie anteny w wolnej przestrzeni (bez przeszkód w pobliżu) oddalone od siebie o odległośćR:

4

Załóżmy, że () do anteny nadawczej dostarczane są waty całkowitej mocy.Załóżmy na chwilę, że antena nadawcza jest dookólna i bezstratna oraz że antena odbiorcza znajduje się w polu dalekim anteny nadawczej.Następnie gęstość mocyp(w watach na metr kwadratowy) fali płaskiej padającej na antenę odbiorczą na odległośćRz anteny nadawczej jest dana wzorem:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Rysunek 1. Anteny nadawcza (Tx) i odbiorcza (Rx) oddzielone od siebieR.

5

Jeśli antena nadawcza ma zysk anteny w kierunku anteny odbiorczej określony przez ( ) , wówczas powyższe równanie gęstości mocy ma postać:

2
6

Element wzmocnienia wpływa na kierunkowość i straty prawdziwej anteny.Załóżmy teraz, że antena odbiorcza ma efektywną aperturę określoną przez( ).Następnie moc odbieraną przez tę antenę ( ) wyraża się wzorem:

4
3
7

Ponieważ efektywną aperturę dla dowolnej anteny można również wyrazić jako:

8

Otrzymaną moc można zapisać jako:

9

Równanie 1

Nazywa się to formułą transmisji Friisa.Wiąże utratę ścieżki w wolnej przestrzeni, zyski anteny i długość fali z mocą odbieraną i nadawczą.Jest to jedno z podstawowych równań w teorii anten i należy o nim pamiętać (podobnie jak o wyprowadzeniu powyżej).

Inną użyteczną postać równania transmisji Friisa podano w równaniu [2].Ponieważ długość fali i częstotliwość f są powiązane z prędkością światła c (patrz wprowadzenie do strony częstotliwości), mamy wzór na transmisję Friisa w odniesieniu do częstotliwości:

10

Równanie2

Równanie [2] pokazuje, że przy wyższych częstotliwościach następuje utrata większej mocy.Jest to podstawowy wynik równania transmisji Friisa.Oznacza to, że w przypadku anten o określonych zyskach transfer energii będzie największy przy niższych częstotliwościach.Różnica między mocą odebraną a mocą przekazaną nazywana jest utratą ścieżki.Inaczej mówiąc, Friis Transmission Equation mówi, że tłumienie ścieżki jest większe dla wyższych częstotliwości.Nie można przecenić znaczenia tego wyniku z formuły transmisji Friis.Właśnie dlatego telefony komórkowe zazwyczaj działają z częstotliwością mniejszą niż 2 GHz.Przy wyższych częstotliwościach może być dostępnych więcej widma częstotliwości, ale związana z tym utrata ścieżki nie umożliwi odbioru wysokiej jakości.Jako kolejną konsekwencję równania transmisji Frissa załóżmy, że zapytano Cię o anteny 60 GHz.Zauważając, że ta częstotliwość jest bardzo wysoka, można stwierdzić, że utrata ścieżki będzie zbyt duża dla komunikacji na duże odległości – i masz całkowitą rację.Przy bardzo wysokich częstotliwościach (60 GHz jest czasami określane jako obszar mm (fala milimetrowa)) tłumienie ścieżki jest bardzo duże, więc możliwa jest tylko komunikacja punkt-punkt.Dzieje się tak, gdy odbiornik i nadajnik znajdują się w tym samym pomieszczeniu i są naprzeciw siebie.Czy, biorąc pod uwagę dalszy wniosek Friis Transmission Formula, myślisz, 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 anteny, przy których tradycyjnie pracują anteny, ale z równania [2] zauważamy, że w związku z tym tłumienie ścieżki będzie również mniejsze.Dzięki temu mogą „obsługiwać większy obszar” za pomocą tego widma częstotliwości i dyrektor Verizon Wireless nazwał niedawno to „widmo wysokiej jakości” właśnie z tego powodu.Uwaga dodatkowa: Z drugiej strony producenci telefonów komórkowych będą musieli zamontować antenę o większej długości fali w kompaktowym urządzeniu (niższa częstotliwość = większa długość fali), więc praca projektanta anteny stała się nieco bardziej skomplikowana!

Wreszcie, jeśli anteny nie mają dopasowanej polaryzacji, powyższą otrzymaną moc można pomnożyć przez współczynnik strat polaryzacji (PLF), aby właściwie uwzględnić to niedopasowanie.Powyższe równanie [2] można zmienić, aby uzyskać uogólniony wzór na transmisję Friisa, który obejmuje niedopasowanie polaryzacji:

11

Równanie 3


Czas publikacji: 08 stycznia 2024 r

Pobierz kartę produktu