Aká je efektívna apertúra antény?
Ten/Tá/Toefektívna apertúra antény, nazývaný ajefektívna plocha (Ae), opisuje, ako efektívne prijímacia anténa zachytáva energiu z dopadajúcej elektromagnetickej vlny. Ide o ekvivalentnú prijímaciu plochu, nie nevyhnutne o fyzický otvor antény.
Pre rovinnú vlnu s polarizačným prispôsobením prichádzajúcu zo smeru maximálneho príjmu spája efektívna apertúra hustotu dopadajúceho výkonu s výkonom dostupným na anténnych svorkách.
If Sje hustota dopadajúceho výkonu vo W/m²2aPrje dostupný prijatý výkon vo wattoch, potom:
Pr= SAe
Väčšia efektívna clona zhromažďuje viac energie z rovnakého dopadajúceho poľa za predpokladu, že smer príchodu a polarizácia sú zarovnané.
Efektívna apertúra zohľadňuje vyžarovaciu účinnosť a ďalšie straty antény vrátane strát vo vodičoch a dielektriku. Preto meria použiteľný prijímací výkon, a nie len fyzickú veľkosť. Účinnosť apertúry, impedančný nesúlad a polarizačný nesúlad môžu znížiť výkon dodávaný do prijímača.
Vzorec pre efektívnu clonu a zisk antény
Maximálna efektívna apertúra akejkoľvek antény súvisí s jej ziskomGa vlnová dĺžkaλod:
Ae= Gλ2/(4π)
V tejto rovnici použite zisk ako lineárny pomer, nie dBi. Preveďte zisk pomocouG = 10G(dBi)/10Pretože vlnová dĺžka sa rovnác/f, efektívna clona sa znižuje so zvyšujúcou sa frekvenciou, keď je zisk konštantný.
Naopak, antény s rovnakou fyzickou apertúrou môžu dosiahnuť vyšší zisk pri kratších vlnových dĺžkach, keď účinnosť apertúry zostáva porovnateľná. Tento vzťah pomáha inžinierom porovnávať prijímacie schopnosti naprieč frekvenciami.
Ako sa určuje efektívna clona
Efektívnu apertúru možno vypočítať z nameraného zisku, určiť porovnaním s referenčnou anténou alebo odvodiť z kalibrovaných meraní prijímacieho výkonu. Výsledok je užitočný pri rozpočtoch spojov, meraniach antén a odhadoch citlivosti systému.
Pre meracie aplikácie preskúmajte RF MISOštandardné ziskové trychtýrové antény, ktoré poskytujú známy zisk v špecifikovaných frekvenčných pásmach.
Použitie efektívnej apertúry vo Friisovej prenosovej rovnici
Ten/Tá/ToFriisova prenosová rovnicaspája vysielací výkon, zisky antény, vlnovú dĺžku a odstupovú vzdialenosť v rámci spoja vo voľnom priestore. Pre zisk vysielačaGt, zisk prijímačaGr, vlnová dĺžkaλa vzdialenosťR, odhaduje výkon dostupný na prijímacej anténe.
PoužívaniePr= SAeexplicitne vymedzuje úlohu efektívnej apertúry príjmu: vysielacia anténa určuje hustotu výkonu v prijímači a prijímacia anténa premieňa časť tohto poľa na terminálový výkon.
Odvodenie Friisovho prenosového vzorca
Uvažujme dve antény od seba vzdialenéRv neobmedzenom voľnom priestore. Prijímacia anténa musí byť vo vzdialenom poli vysielača a antény by mali byť zarovnané v smere a polarizácii.
If PtKeď sa do ideálnej izotropnej vysielacej antény privedie výkon vo wattoch, výkon sa rozloží po povrchu gule. Vo vzdialenostiR, hustota dopadajúceho výkonu je:
Obrázok 1. Vysielacia (Tx) a prijímacia (Rx) anténa oddelenáR.
Pre praktickú vysielaciu anténu so ziskomGtsmerom k prijímaču sa hustota dopadajúceho výkonu zvyšuje o tento faktor zosilnenia:
Ak má prijímacia anténa efektívnu apertúruAe, dostupný prijatý výkon je hustota dopadajúceho výkonu vynásobenáAe:
Dosadením vzťahu medzi ziskom a clonou pre prijímaciu anténu dostaneme:
Prijatý výkon možno preto zapísať v známom tvare vo voľnom priestore:
Rovnica 1.Friisova prenosová rovnica z hľadiska vlnovej dĺžky.
Rovnica 1Vzťahuje sa na vysielací výkon, zisky antény, vlnovú dĺžku a vzdialenosť. Platí pre šírenie signálu v priamej viditeľnosti vo voľnom priestore vo vzdialenom poli. Reálne systémy vyžadujú dodatočné podmienky pre straty v kábloch, straty v konektoroch, chybu nasmerovania, atmosférický útlm a ďalšie vplyvy šírenia.
Frekvenčný tvar Friisovej rovnice
Pretožeλ = c/f, rovnicu možno vyjadriť aj pomocou frekvencie:
Rovnica 2.Friisova prenosová rovnica z hľadiska frekvencie.
Ako frekvencia ovplyvňuje prijímaný výkon
Keď sú zisky antény a vzdialenosť konštantné, Friisova rovnica predpovedá nižší prijímaný výkon so zvyšujúcou sa frekvenciou, pretože vlnová dĺžka sa skracuje. Toto porovnanie predpokladá rovnaké hodnoty zisku na každej frekvencii.
Pri anténach s pevnou fyzickou apertúrou sa však zisk vo všeobecnosti zvyšuje so znižujúcou sa vlnovou dĺžkou. Vysokofrekvenčné a milimetrové vlnové spoje preto môžu dosiahnuť vysoký výkon so smerovými anténami s vysokým ziskom, za predpokladu, že rozpočet spoja zohľadňuje aj presnosť nasmerovania, atmosférickú absorpciu, dážď a hardvérové straty.
Použite Friisovu rovnicu ako referenciu vo voľnom priestore, a nie ako kompletný model šírenia. Predpokladá prevádzku vo vzdialenom poli, nerušenú viditeľnosť a správne zarovnané antény.
Nesúlad polarizácie
Ak vysielacia a prijímacia anténa nie sú polarizačne zosúladené, vynásobte ideálny prijímaný výkon faktorom polarizačných strát (PLF). Pre normalizované polarizačné vektory sa PLF pohybuje od 0 do 1; hodnota 1 predstavuje dokonalé zosúladenie. Zovšeobecnený tvar nižšie zahŕňa tento výraz nesúladu.
Rovnica 3.Zovšeobecnená Friisova prenosová rovnica vrátane nesúladu polarizácie.
Kľúčové poznatky
- Efektívna clona premieňa hustotu dopadajúceho výkonu na dostupný prijímaný výkon.
- Pre ziskGa vlnová dĺžkaλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Pri výpočtoch clony a Friisovho signálu použite lineárny zisk, nie dBi.
- Friis sa vzťahuje na vzdialené spoje s voľným priestorom v priamom dosahu; praktické rozpočty spojov vyžadujú dodatočné straty.
RF MISO poskytuještandardné ziskové trychtýrové anténya ďalšie riešenia RF antén na meranie, kalibráciu a systémovú integráciu.Kontaktujte RF MISOprediskutovať frekvenčný rozsah, zosilnenie a požiadavky na rozhranie.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefón: 0086-028-82695327
Čas uverejnenia: 8. januára 2024
