основной

Эффективная апертура антенны

Полезным параметром, вычисляющим мощность приема антенны, являетсяэффективная площадьилиэффективная апертура.Предположим, что на антенну падает плоская волна с той же поляризацией, что и приемная антенна.Далее предположим, что волна движется к антенне в направлении максимального излучения антенны (направлении, в котором будет получена наибольшая мощность).

Тогдаэффективная апертураПараметр описывает, сколько мощности захватывается от данной плоской волны.Позволятьpбыть плотностью мощности плоской волны (в Вт/м^2).ЕслиП_тпредставляет мощность (в ваттах) на клеммах антенны, доступную приемнику антенны, тогда:

2

Следовательно, эффективная площадь просто показывает, какая мощность захватывается плоской волной и передается антенной.Эта область учитывает потери, присущие антенне (омические потери, диэлектрические потери и т. д.).

Общее соотношение эффективной апертуры с точки зрения пикового усиления антенны (G) любой антенны определяется следующим образом:

3

Эффективную апертуру или эффективную площадь можно измерить на реальных антеннах путем сравнения с известной антенной с заданной эффективной апертурой или путем расчета с использованием измеренного усиления и приведенного выше уравнения.

Эффективная апертура будет полезной концепцией для расчета принимаемой мощности плоской волны.Чтобы увидеть это в действии, перейдите к следующему разделу, посвященному формуле передачи Фрииса.

Уравнение передачи Фрииса

На этой странице мы представляем одно из самых фундаментальных уравнений теории антенн — уравнениеУравнение передачи Фрииса.Уравнение передачи Фрииса используется для расчета мощности, принимаемой от одной антенны (с коэффициентом усиленияG1), при передаче с другой антенны (с усилениемG2), разделенные расстояниемRи работающий на частотеfили длина волны лямбда.Эту страницу стоит прочитать пару раз, и ее следует полностью понять.

Вывод формулы передачи Фрииса

Чтобы начать вывод уравнения Фрииса, рассмотрим две антенны в свободном пространстве (поблизости нет препятствий), разделенные расстояниемR:

4

Предположим, что ( )Ватты общей мощности передаются на передающую антенну.На данный момент предположим, что передающая антенна всенаправленная, без потерь и что приемная антенна находится в дальней зоне передающей антенны.Тогда плотность мощностиp(в ваттах на квадратный метр) плоской волны, падающей на приемную антенну на расстоянииRот передающей антенны определяется выражением:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Рисунок 1. Передающая (Tx) и приемная (Rx) антенны, разделенныеR.

5

Если передающая антенна имеет коэффициент усиления антенны в направлении приемной антенны, определяемый ( ) , то приведенное выше уравнение плотности мощности принимает вид:

2
6

Коэффициент усиления влияет на направленность и потери реальной антенны.Предположим теперь, что приемная антенна имеет эффективную апертуру, определяемую выражением( ).Тогда мощность, принимаемая этой антенной ( ), определяется выражением:

4
3
7

Поскольку эффективная апертура любой антенны также может быть выражена как:

8

Полученную мощность можно записать как:

9

Уравнение1

Это известно как формула передачи Фрииса.Он связывает потери на трассе в свободном пространстве, коэффициенты усиления антенны и длину волны с принимаемой и передаваемой мощностью.Это одно из фундаментальных уравнений теории антенн, и его следует помнить (как и приведенный выше вывод).

Другая полезная форма уравнения передачи Фрииса представлена ​​в уравнении [2].Поскольку длина волны и частота f связаны скоростью света c (см. введение к странице частоты), у нас есть формула передачи Фрииса в терминах частоты:

10

Уравнение2

Уравнение [2] показывает, что на более высоких частотах теряется больше мощности.Это фундаментальный результат уравнения передачи Фрииса.Это означает, что для антенн с указанным коэффициентом усиления передача энергии будет максимальной на более низких частотах.Разница между полученной и переданной мощностью называется потерями на пути передачи.Другими словами, уравнение передачи Фрииса гласит, что потери на трассе выше для более высоких частот.Важность этого результата формулы передачи Фрииса невозможно переоценить.Вот почему мобильные телефоны обычно работают на частоте менее 2 ГГц.На более высоких частотах может быть доступен больший частотный спектр, но связанные с этим потери на трассе не обеспечат качественный прием.В качестве дальнейшего следствия уравнения передачи Фрисса предположим, что вас спрашивают об антеннах 60 ГГц.Учитывая, что эта частота очень высока, вы можете заявить, что потери на трассе будут слишком велики для связи на больших расстояниях — и вы абсолютно правы.На очень высоких частотах (60 ГГц иногда называют диапазоном миллиметровых волн) потери на трассе очень велики, поэтому возможна только двухточечная связь.Это происходит, когда приемник и передатчик находятся в одной комнате и лицом друг к другу.В качестве дальнейшего следствия из формулы передачи Фрииса, считаете ли вы, что операторы мобильной связи довольны новым диапазоном LTE (4G), который работает на частоте 700 МГц?Ответ — да: это более низкая частота, чем традиционно работают антенны, но, исходя из уравнения [2], мы отмечаем, что потери на трассе также будут ниже.Следовательно, они могут «охватить большую территорию» с помощью этого частотного спектра, и именно по этой причине руководитель Verizon Wireless недавно назвал этот спектр «высококачественным спектром».Примечание: с другой стороны, производителям сотовых телефонов придется разместить антенну с большей длиной волны в компактном устройстве (более низкая частота = большая длина волны), поэтому работа разработчика антенны стала немного сложнее!

Наконец, если антенны не согласованы по поляризации, полученную выше мощность можно умножить на коэффициент поляризационных потерь (PLF), чтобы правильно учесть это несоответствие.Уравнение [2] выше можно изменить, чтобы получить обобщенную формулу передачи Фрииса, которая включает несоответствие поляризации:

11

Уравнение3

E-mail:info@rf-miso.com

Телефон: 0086-028-82695327

Сайт: www.rf-miso.com.


Время публикации: 08 января 2024 г.

Получить техническое описание продукта