Un parametru util care calculează puterea de recepție a unei antene estezona eficientasaudeschidere efectivă.Să presupunem că o undă plană cu aceeași polarizare ca și antena de recepție este incidentă asupra antenei.Mai mult, presupuneți că unda se deplasează către antenă în direcția de radiație maximă a antenei (direcția din care ar fi primită cea mai mare putere).
Apoideschidere efectivăparametrul descrie cât de multă putere este capturată dintr-o undă plană dată.Lăsapfie densitatea de putere a undei plane (în W/m^2).DacăP_treprezintă puterea (în wați) la bornele antenei disponibile pentru receptorul antenei, apoi:
Prin urmare, aria efectivă reprezintă pur și simplu cât de multă putere este captată de unda plană și furnizată de antenă.Această zonă ia în considerare pierderile intrinseci antenei (pierderi ohmice, pierderi dielectrice etc.).
O relație generală pentru deschiderea efectivă în ceea ce privește câștigul de vârf al antenei (G) al oricărei antene este dată de:
Diafragma efectivă sau aria efectivă poate fi măsurată pe antenele reale prin comparație cu o antenă cunoscută cu o deschidere efectivă dată sau prin calcul folosind câștigul măsurat și ecuația de mai sus.
Diafragma efectivă va fi un concept util pentru calcularea puterii primite de la o undă plană.Pentru a vedea acest lucru în acțiune, mergeți la următoarea secțiune despre formula de transmisie Friis.
Ecuația de transmisie Friis
Pe această pagină, prezentăm una dintre cele mai fundamentale ecuații din teoria antenei, ceaEcuația de transmisie Friis.Ecuația de transmisie Friis este utilizată pentru a calcula puterea primită de la o antenă (cu câștigG1), atunci când este transmis de la o altă antenă (cu câștigG2), despărțite de o distanțăR, și funcționează la frecvențăfsau lungimea de undă lambda.Această pagină merită citită de câteva ori și trebuie înțeleasă pe deplin.
Derivarea formulei de transmisie Friis
Pentru a începe derivarea ecuației Friis, luați în considerare două antene în spațiu liber (fără obstacole în apropiere) separate de o distanțăR:
Să presupunem că （ ）Wați de putere totală sunt livrați către antena de transmisie.Pentru moment, presupuneți că antena de transmisie este omnidirecțională, fără pierderi și că antena de recepție se află în câmpul îndepărtat al antenei de transmisie.Apoi densitatea de puterep(în wați pe metru pătrat) a undei plane incidente pe antena de recepție la o distanțăRde la antena de transmisie este dat de:
Figura 1. Antene de transmisie (Tx) și de recepție (Rx) separate prinR.
Dacă antena de transmisie are un câștig de antenă în direcția antenei de recepție dată de （ ） , atunci ecuația densității de putere de mai sus devine:
Termenul de câștig are în vedere direcționalitatea și pierderile unei antene reale.Să presupunem acum că antena de recepție are o deschidere efectivă dată de（ ）.Atunci puterea primită de această antenă ( ) este dată de:
Deoarece deschiderea efectivă pentru orice antenă poate fi exprimată și ca:
Puterea primită rezultată poate fi scrisă ca:
Ecuația 1
Aceasta este cunoscută sub numele de Formula de transmisie Friis.Relațiază pierderea în spațiul liber, câștigurile antenei și lungimea de undă cu puterile recepționate și de transmisie.Aceasta este una dintre ecuațiile fundamentale în teoria antenei și ar trebui reținută (precum și derivația de mai sus).
O altă formă utilă a ecuației de transmisie Friis este dată în ecuația [2].Deoarece lungimea de undă și frecvența f sunt legate de viteza luminii c (vezi introducerea în pagina de frecvență), avem Formula de transmisie Friis în termeni de frecvență:
Ecuația 2
Ecuația [2] arată că se pierde mai multă putere la frecvențe mai mari.Acesta este un rezultat fundamental al ecuației de transmisie Friis.Aceasta înseamnă că pentru antene cu câștiguri specificate, transferul de energie va fi cel mai mare la frecvențe mai mici.Diferența dintre puterea primită și puterea transmisă este cunoscută sub numele de pierdere în cale.Spusă într-un mod diferit, Ecuația de transmisie Friis spune că pierderea traseului este mai mare pentru frecvențele mai mari.Importanța acestui rezultat din Formula de transmisie Friis nu poate fi exagerată.Acesta este motivul pentru care telefoanele mobile funcționează în general la mai puțin de 2 GHz.Este posibil să existe mai mult spectru de frecvență disponibil la frecvențe mai înalte, dar pierderea traseului asociată nu va permite o recepție de calitate.Ca o consecință suplimentară a ecuației de transmisie Friss, să presupunem că sunteți întrebat despre antene de 60 GHz.Reținând că această frecvență este foarte mare, ați putea afirma că pierderea traseului va fi prea mare pentru comunicarea pe distanță lungă - și aveți absolut dreptate.La frecvențe foarte înalte (60 GHz este uneori denumită regiunea mm (undă milimetrică)), pierderea traseului este foarte mare, astfel încât este posibilă doar comunicarea punct la punct.Acest lucru se întâmplă atunci când receptorul și transmițătorul sunt în aceeași cameră și unul față de celălalt.Ca o corolarizare suplimentară a Friis Transmission Formula, credeți că operatorii de telefonie mobilă sunt mulțumiți de noua bandă LTE (4G), care funcționează la 700MHz?Răspunsul este da: aceasta este o frecvență mai mică decât la care funcționează în mod tradițional antenele, dar din ecuația [2], observăm că pierderea în cale va fi, prin urmare, mai mică.Prin urmare, ei pot „acoperi mai mult teren” cu acest spectru de frecvență, iar un director Verizon Wireless a numit recent acest „spectru de înaltă calitate”, tocmai din acest motiv.Notă laterală: Pe de altă parte, producătorii de telefoane mobile vor trebui să monteze o antenă cu o lungime de undă mai mare într-un dispozitiv compact (frecvență mai mică = lungime de undă mai mare), așa că munca proiectantului de antene a devenit puțin mai complicată!
În cele din urmă, dacă antenele nu sunt corelate la polarizare, puterea primită mai sus ar putea fi înmulțită cu factorul de pierdere a polarizării (PLF) pentru a ține seama în mod corespunzător de această nepotrivire.Ecuația [2] de mai sus poate fi modificată pentru a produce o formulă de transmisie Friis generalizată, care include nepotrivirea polarizării:
Ecuația 3
Ora postării: 08-ian-2024
