Jaka jest efektywna apertura anteny?
Tenefektywna apertura anteny, zwany takżeefektywny obszar (Ae), opisuje skuteczność, z jaką antena odbiorcza przechwytuje moc padającej fali elektromagnetycznej. Jest to równoważny obszar odbioru, niekoniecznie fizyczny otwór anteny.
W przypadku płaskiej fali o dopasowanej polaryzacji, nadchodzącej z kierunku maksymalnego odbioru, efektywna apertura łączy gęstość mocy padającej z mocą dostępną na zaciskach anteny.
If Sjest gęstością mocy padającej w W/m2IPrjest dostępną mocą odbieraną w watach, wówczas:
Pr= SAe
Większa efektywna apertura zbiera więcej energii z tego samego pola padającego, pod warunkiem, że kierunek przybycia i polaryzacja są zgodne.
Efektywna apertura uwzględnia wydajność promieniowania i inne straty anteny, w tym straty przewodnika i dielektryka. Dlatego mierzy ona użyteczną wydajność odbioru, a nie tylko rozmiar fizyczny. Wydajność apertury, niedopasowanie impedancji i niedopasowanie polaryzacji mogą zmniejszyć moc dostarczaną do odbiornika.
Wzór na efektywną aperturę i zysk anteny
Maksymalna efektywna apertura dowolnej anteny jest związana z jej zyskiemGi długość faliλprzez:
Ae= Gλ2/(4π)
W tym równaniu użyj wzmocnienia jako współczynnika liniowego, a nie dBi. Przelicz wzmocnienie za pomocąG = 10G(dBi)/10Ponieważ długość fali jest równac/f, efektywna apertura zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości, gdy wzmocnienie jest utrzymywane na stałym poziomie.
Z drugiej strony, anteny o tej samej aperturze fizycznej mogą osiągać większy zysk przy krótszych falach, gdy wydajność apertury pozostaje porównywalna. Ta zależność pomaga inżynierom porównywać możliwości odbioru w różnych częstotliwościach.
Jak określa się efektywną przysłonę
Efektywną aperturę można obliczyć na podstawie zmierzonego wzmocnienia, określić poprzez porównanie z anteną referencyjną lub wywnioskować ze skalibrowanych pomiarów mocy odbiorczej. Wynik jest przydatny w budżetach łączy, pomiarach anten i szacowaniu czułości systemu.
W przypadku zastosowań pomiarowych zapoznaj się z RF MISOanteny tubowe o standardowym wzmocnieniu, które zapewniają znany zysk w określonych pasmach częstotliwości.
Wykorzystanie efektywnej apertury w równaniu transmisji Friisa
TenRównanie transmisji FriisaŁączy moc nadawczą, zyski anten, długość fali i odległość separacji w wolnym łączu dalekiego zasięgu. Dla wzmocnienia nadajnikaGt, wzmocnienie odbiornikaGr, długość faliλi odległośćR, szacuje dostępną moc anteny odbiorczej.
UżywaniePr= SAewyraźnie określa rolę efektywnej apertury odbiorczej: antena nadawcza ustala gęstość mocy w odbiorniku, a antena odbiorcza przekształca część tego pola w moc końcową.
Wyprowadzenie wzoru przekładni Friisa
Rozważ dwie anteny oddzielone od siebie odległościąRw wolnej, niezakłóconej przestrzeni. Antena odbiorcza musi znajdować się w polu dalekim nadajnika, a anteny powinny być ustawione kierunkowo i polaryzacyjnie.
If PtWaty są dostarczane do idealnie izotropowej anteny nadawczej, a moc rozchodzi się po powierzchni kuli. Z odległościR, gęstość mocy padającej wynosi:
Rysunek 1. Anteny nadawcze (Tx) i odbiorcze (Rx) rozdzieloneR.
Do praktycznej anteny nadawczej o wzmocnieniuGtw kierunku odbiornika gęstość mocy padającej zwiększa się o współczynnik wzmocnienia:
Jeżeli antena odbiorcza ma efektywną aperturęAe, dostępna moc odbierana to gęstość mocy padającej pomnożona przezAe:
Podstawienie zależności wzmocnienia od apertury dla anteny odbiorczej daje:
Otrzymaną moc można zatem zapisać w znanej postaci wolnej przestrzeni:
Równanie 1.Równanie transmisji Friisa w odniesieniu do długości fali.
Równanie 1Odnosi się do mocy nadawania, zysków anten, długości fali i odległości separacji. Jest ona ważna dla propagacji w wolnej przestrzeni w polu dalekim, w polu widzenia. Rzeczywiste systemy wymagają dodatkowych terminów dotyczących strat w kablach, strat w złączach, błędów kierunkowości, tłumienia atmosferycznego i innych efektów propagacji.
Postać częstotliwościowa równania Friisa
Ponieważλ = c/fRównanie to można również zapisać w kategoriach częstotliwości:
Równanie 2.Równanie transmisji Friisa w kategoriach częstotliwości.
Jak częstotliwość wpływa na moc odbieraną
Gdy zysk anteny i odległość pozostają stałe, równanie Friisa przewiduje niższą moc odbioru wraz ze wzrostem częstotliwości, ponieważ długość fali staje się krótsza. To porównanie zakłada te same wartości wzmocnienia dla każdej częstotliwości.
W przypadku anten o stałej aperturze fizycznej zysk zazwyczaj rośnie wraz ze zmniejszaniem się długości fali. Łącza wysokoczęstotliwościowe i milimetrowe mogą zatem osiągać wysoką wydajność dzięki kierunkowym antenom o wysokim zysku, pod warunkiem, że budżet łącza uwzględnia również dokładność celowania, absorpcję atmosferyczną, deszcz i straty sprzętowe.
Użyj równania Friisa jako odniesienia w wolnej przestrzeni, a nie jako kompletnego modelu propagacji. Zakłada ono działanie w polu dalekim, niezakłóconą linię widzenia i prawidłowo ustawione anteny.
Niedopasowanie polaryzacji
Jeśli anteny nadawcze i odbiorcze nie są dopasowane polaryzacyjnie, należy pomnożyć idealną moc odbieraną przez współczynnik strat polaryzacyjnych (PLF). Dla znormalizowanych wektorów polaryzacji, PLF przyjmuje wartości od 0 do 1; wartość 1 oznacza idealne dopasowanie. Poniższa uogólniona postać uwzględnia ten termin niedopasowania.
Równanie 3.Uogólnione równanie transmisji Friisa uwzględniające niedopasowanie polaryzacji.
Najważniejsze wnioski
- Efektywna apertura przekształca gęstość mocy padającej na dostępną moc odbieraną.
- Dla zyskuGi długość faliλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Do obliczeń apertury i Friisa należy stosować wzmocnienie liniowe, a nie dBi.
- Friis stosuje się do łączy w wolnej przestrzeni, działających w polu widzenia dalekiego zasięgu; praktyczne budżety łączy wymagają dodatkowych strat.
RF MISO zapewniaanteny tubowe o standardowym wzmocnieniuoraz inne rozwiązania antenowe RF do pomiarów, kalibracji i integracji systemów.Skontaktuj się z RF MISOaby omówić zakres częstotliwości, wzmocnienie i wymagania dotyczące interfejsu.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Czas publikacji: 08-01-2024
