Care este diafragma efectivă a unei antene?
Cel/Cea/Cei/Celeapertura efectivă a unei antene, numită șisuprafață efectivă (Ae), descrie cât de eficient captează o antenă receptoare energia de la o undă electromagnetică incidentă. Este o zonă receptoare echivalentă, nu neapărat deschiderea fizică a antenei.
Pentru o undă plană cu polarizare potrivită care sosește din direcția recepției maxime, apertura efectivă leagă densitatea de putere incidentă de puterea disponibilă la terminalele antenei.
If Seste densitatea de putere incidentă în W/m²2şiPreste puterea recepționată disponibilă în wați, atunci:
Pr= SAe
O apertură efectivă mai mare colectează mai multă putere din același câmp incident, cu condiția ca direcția de sosire și polarizarea să fie aliniate.
Apertura efectivă ia în considerare eficiența radiației și alte pierderi ale antenei, inclusiv pierderile la nivelul conductorului și dielectricului. Prin urmare, măsoară performanța de recepție utilizabilă, nu doar dimensiunea fizică. Eficiența aperturii, nepotrivirea impedanței și nepotrivirea polarizării pot reduce puterea furnizată receptorului.
Formula de diafragmă eficientă și câștigul antenei
Apertura efectivă maximă a oricărei antene este legată de câștigul acesteiaGși lungimea de undăλde:
Ae= Gλ2/(4π)
Folosiți amplificarea ca raport liniar, nu dBi, în această ecuație. Convertiți amplificarea cuG = 10G(dBi)/10Deoarece lungimea de undă este egală cuc/f, apertura efectivă scade odată cu creșterea frecvenței atunci când amplificarea este menținută constantă.
În schimb, antenele cu aceeași apertură fizică pot obține un câștig mai mare la lungimi de undă mai scurte atunci când eficiența aperturii rămâne comparabilă. Această relație îi ajută pe ingineri să compare capacitatea de recepție pe diferite frecvențe.
Cum se determină diafragma eficientă
Apertura efectivă poate fi calculată din câștigul măsurat, determinată prin comparație cu o antenă de referință sau dedusă din măsurători calibrate ale puterii de recepție. Rezultatul este util în bugetele de legătură, măsurătorile antenei și estimările sensibilității sistemului.
Pentru aplicații de măsurare, explorați RF MISO-urileantene cu corn cu câștig standard, care oferă un câștig cunoscut pe benzi de frecvență specificate.
Utilizarea aperturii efective în ecuația de transmisie Friis
Cel/Cea/Cei/CeleEcuația de transmisie Friisconectează puterea transmisă, câștigurile antenei, lungimea de undă și distanța de separare într-o legătură în câmp îndepărtat în spațiu liber. Pentru câștigul emițătoruluiGt, câștigul receptoruluiGr, lungime de undăλși distanțăR, estimează puterea disponibilă la antena receptoare.
FolosindPr= SAeexplică rolul aperturii efective de recepție: antena de transmisie stabilește densitatea de putere la receptor, iar antena de recepție convertește o parte din acel câmp în putere terminală.
Derivarea formulei de transmisie Friis
Luați în considerare două antene separate de distanțăRîn spațiu liber și neobstrucționat. Antena receptoare trebuie să fie în câmpul îndepărtat al emițătorului, iar antenele trebuie să fie aliniate în direcție și polarizare.
If Ptwați sunt livrați unei antene de transmisie izotropă ideală, puterea se răspândește pe suprafața unei sfere. La distanțăR, densitatea de putere incidentă este:
Figura 1. Antene de transmisie (Tx) și recepție (Rx) separate prinR.
Pentru o antenă de transmisie practică cu câștigGtspre receptor, densitatea de putere incidentă crește cu factorul de câștig:
Dacă antena receptoare are o apertură efectivăAe, puterea recepționată disponibilă este densitatea de putere incidentă înmulțită cuAe:
Înlocuind relația câștig-apertura pentru antena receptoare, rezultă:
Prin urmare, puterea primită poate fi scrisă în forma familiară de spațiu liber:
Ecuația 1.Ecuația de transmisie Friis în termeni de lungime de undă.
Ecuația 1Relaționează puterea de transmisie, câștigurile antenei, lungimea de undă și distanța de separare. Este valabilă pentru propagarea în spațiu liber în linia de vizibilitate în câmp îndepărtat. Sistemele reale necesită termeni suplimentari pentru pierderile de semnal prin cablu, pierderile de semnal prin conector, eroarea de orientare, atenuarea atmosferică și alte efecte de propagare.
Forma de frecvență a ecuației Friis
Deoareceλ = c/f, ecuația poate fi exprimată și în funcție de frecvență:
Ecuația 2.Ecuația de transmisie Friis în termeni de frecvență.
Cum afectează frecvența puterea recepționată
Când câștigurile antenei și distanța sunt menținute constante, ecuația Friis prezice o putere recepționată mai mică pe măsură ce frecvența crește, deoarece lungimea de undă devine mai scurtă. Această comparație presupune aceleași valori ale câștigului la fiecare frecvență.
Pentru antenele cu o apertură fizică fixă, însă, câștigul crește în general pe măsură ce lungimea de undă scade. Prin urmare, legăturile de înaltă frecvență și unde milimetrice pot obține performanțe puternice cu antene direcționale cu câștig ridicat, cu condiția ca bugetul legăturii să țină cont și de precizia de orientare, absorbția atmosferică, ploaia și pierderile hardware.
Folosește ecuația Friis ca referință în spațiu liber, mai degrabă decât ca model complet de propagare. Aceasta presupune funcționare în câmp îndepărtat, linie vizuală neobstrucționată și antene aliniate corect.
Nepotrivire de polarizare
Dacă antenele de transmisie și recepție nu sunt adaptate la polarizare, înmulțiți puterea ideală recepționată cu factorul de pierdere prin polarizare (PLF). Pentru vectorii de polarizare normalizați, PLF variază de la 0 la 1; o valoare de 1 reprezintă o adaptare perfectă. Forma generalizată de mai jos include acest termen de nepotrivire.
Ecuația 3.Ecuația generalizată de transmisie Friis, inclusiv nepotrivirea de polarizare.
Concluzii cheie
- Apertura efectivă transformă densitatea de putere incidentă în putere recepționată disponibilă.
- Pentru câștigGși lungimea de undăλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Folosește câștigul liniar, nu dBi, în calculele de apertură și Friis.
- Friis se aplică legăturilor în spațiu liber, în câmp îndepărtat, în linie de vizibilitate; bugetele practice de legătură necesită pierderi suplimentare.
RF MISO oferăantene cu corn cu câștig standardși alte soluții de antene RF pentru măsurare, calibrare și integrare de sisteme.Contactați RF MISOpentru a discuta despre intervalul de frecvență, amplificare și cerințele de interfață.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Data publicării: 08 ian. 2024
