galvenais

Antenas efektīvā apertūra

Noderīgs parametrs antenas uztveršanas jaudas aprēķināšanai irefektīvais laukumsvaiefektīvā diafragmas atvērumaPieņemsim, ka uz antenu krīt plaknes vilnis ar tādu pašu polarizāciju kā uztveršanas antenai. Pieņemsim arī, ka vilnis virzās antenas virzienā antenas maksimālā starojuma virzienā (virzienā, no kura tiktu uztverta vislielākā jauda).

Tadefektīvā diafragmas atvērumaparametrs apraksta, cik daudz jaudas tiek uztverts no dotā plaknes viļņa. Ļaujietpir plaknes viļņa jaudas blīvums (W/m^2). JaP_tapzīmē jaudu (vatos) antenas spailēs, kas pieejamas antenas uztvērējam, tad:

2

Tādējādi efektīvā platība vienkārši parāda, cik daudz jaudas tiek uztverts no plaknes viļņa un antena to pievada. Šajā platībā tiek ņemti vērā antenai raksturīgie zudumi (omiskie zudumi, dielektriskie zudumi utt.).

Vispārīgu sakarību efektīvajai apertūrai, ņemot vērā jebkuras antenas maksimālo antenas pastiprinājumu (G), sniedz šāda formula:

3

Efektīvo apertūru vai efektīvo laukumu uz faktiskajām antenām var izmērīt, salīdzinot ar zināmu antenu ar noteiktu efektīvo apertūru vai veicot aprēķinus, izmantojot izmērīto pastiprinājumu un iepriekš minēto vienādojumu.

Efektīvā apertūra būs noderīgs jēdziens, lai aprēķinātu no plaknes viļņa saņemto jaudu. Lai to redzētu darbībā, dodieties uz nākamo sadaļu par Frīsa pārraides formulu.

Friisa pārraides vienādojums

Šajā lapā mēs iepazīstinām ar vienu no fundamentālākajiem vienādojumiem antenu teorijā —Frīsa pārraides vienādojumsFrīsa pārraides vienādojums tiek izmantots, lai aprēķinātu no vienas antenas saņemto jaudu (ar pastiprinājumuG1), pārraidot no citas antenas (ar pastiprinājumuG2), atdalītas ar attālumuR, un darbojas frekvencēfvai viļņa garuma lambda. Šo lapu ir vērts izlasīt pāris reizes, un tai vajadzētu būt pilnībā saprastai.

Friisa transmisijas formulas atvasinājums

Lai sāktu Frīsa vienādojuma atvasināšanu, apsveriet divas antenas brīvā telpā (bez šķēršļiem tuvumā), kas atrodas attālumā viena no otrasR:

4

Pieņemsim, ka raidīšanas antenai tiek pievadīti (() vati kopējās jaudas. Pagaidām pieņemsim, ka raidīšanas antena ir visvirzienu, bez zudumiem un ka uztveršanas antena atrodas raidīšanas antenas tālajā laukā. Tad jaudas blīvumsp(vatos uz kvadrātmetru) no plaknes viļņa, kas krīt uz uztveršanas antenas attālumāRno raidīšanas antenas tiek aprēķināts ar:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

1. attēls. Raidīšanas (Tx) un uztveršanas (Rx) antenas, atdalītas arR.

5

Ja raidīšanas antenai ir pastiprinājums uztveršanas antenas virzienā, ko izsaka (), tad iepriekš minētais jaudas blīvuma vienādojums kļūst par:

2
6

Pastiprinājuma faktors ietekmē reālas antenas virzienvirzienu un zudumus. Pieņemsim, ka uztveršanas antenai ir efektīvā apertūra, ko izsaka()Tad šīs antenas uztverto jaudu ( ) aprēķina pēc šādas formulas:

4
3
7

Tā kā jebkuras antenas efektīvo apertūru var izteikt arī kā:

8

Iegūto saņemto jaudu var uzrakstīt šādi:

9

1. vienādojums

To sauc par Frīsa pārraides formulu. Tā saista brīvās telpas ceļa zudumus, antenas pastiprinājumus un viļņa garumu ar uztverto un raidīto jaudu. Šis ir viens no antenu teorijas pamatvienādojumiem, un tas ir jāatceras (kā arī iepriekš minētā atvasināšana).

Vēl viena noderīga Frīsa caurlaidības vienādojuma forma ir sniegta vienādojumā [2]. Tā kā viļņa garums un frekvence f ir saistīti ar gaismas ātrumu c (skatiet ievadu frekvences lapā), mums ir Frīsa caurlaidības formula frekvences izteiksmē:

10

2. vienādojums

Vienādojums [2] parāda, ka augstākajās frekvencēs tiek zaudēti vairāk jaudas. Tas ir Frīsa pārraides vienādojuma pamatrezultāts. Tas nozīmē, ka antenām ar noteiktiem pastiprinājumiem enerģijas pārnešana būs visaugstākā zemākajās frekvencēs. Starpība starp saņemto jaudu un pārraidīto jaudu ir pazīstama kā ceļa zudumi. Citiem vārdiem sakot, Frīsa pārraides vienādojums norāda, ka ceļa zudumi ir lielāki augstākās frekvencēs. Šī Frīsa pārraides formulas rezultāta nozīmi nevar pārvērtēt. Tāpēc mobilie tālruņi parasti darbojas frekvencēs, kas mazākas par 2 GHz. Augstākās frekvencēs var būt pieejams plašāks frekvenču spektrs, taču saistītie ceļa zudumi nenodrošinās kvalitatīvu uztveršanu. Kā papildu Frisa pārraides vienādojuma sekas, pieņemsim, ka jums jautā par 60 GHz antenām. Ievērojot, ka šī frekvence ir ļoti augsta, jūs varētu apgalvot, ka ceļa zudumi būs pārāk lieli liela darbības rādiusa sakariem, un jums ir pilnīga taisnība. Ļoti augstās frekvencēs (60 GHz dažreiz tiek saukts par mm (milimetru viļņu) reģionu) ceļa zudumi ir ļoti lieli, tāpēc ir iespējama tikai punkta-punkta komunikācija. Tas notiek, kad uztvērējs un raidītājs atrodas vienā telpā un ir vērsti viens pret otru. Kā vēl viens Frīsa pārraides formulas secinājums, vai, jūsuprāt, mobilo tālruņu operatori ir apmierināti ar jauno LTE (4G) joslu, kas darbojas ar 700 MHz frekvenci? Atbilde ir jā: šī ir zemāka frekvence nekā antenām, ar kuru darbojas tradicionālās antenas, taču no [2] vienādojuma mēs atzīmējam, ka arī ceļa zudumi būs mazāki. Tādējādi viņi var "aptvert lielāku teritoriju" ar šo frekvenču spektru, un Verizon Wireless vadītājs nesen to nosauca par "augstas kvalitātes spektru" tieši šī iemesla dēļ. Piezīme: No otras puses, mobilo tālruņu ražotājiem būs jāievieto antena ar lielāku viļņa garumu kompaktā ierīcē (zemāka frekvence = lielāks viļņa garums), tāpēc antenas projektētāja darbs kļuva nedaudz sarežģītāks!

Visbeidzot, ja antenu polarizācija nav saskaņota, iepriekš minēto saņemto jaudu var reizināt ar polarizācijas zudumu koeficientu (PLF), lai pareizi ņemtu vērā šo neatbilstību. Iepriekš minēto [2] vienādojumu var mainīt, lai iegūtu vispārinātu Frīsa pārraides formulu, kas ietver polarizācijas neatbilstību:

11

3. vienādojums


Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. janvāris

Iegūt produkta datu lapu