hlavní

Efektivní clona antény

Užitečným parametrem pro výpočet přijímacího výkonu antény jeefektivní oblastneboefektivní clona.Předpokládejme, že na anténu dopadá rovinná vlna se stejnou polarizací jako přijímací anténa.Dále předpokládejme, že vlna postupuje směrem k anténě ve směru maximálního vyzařování antény (směr, ze kterého by bylo přijímáno nejvíce energie).

Potomefektivní clonaParametr popisuje, kolik energie je zachyceno z dané rovinné vlny.Nechatpbýt hustota výkonu rovinné vlny (ve W/m^2).LiP_tpředstavuje výkon (ve wattech) na anténních svorkách dostupných pro přijímač antény, pak:

2

Efektivní plocha tedy jednoduše představuje, kolik energie je zachyceno z rovinné vlny a dodáno anténou.Tato oblast ovlivňuje ztráty vlastní anténě (ohmické ztráty, dielektrické ztráty atd.).

Obecný vztah pro efektivní aperturu z hlediska špičkového zisku antény (G) jakékoli antény je dán vztahem:

3

Efektivní aperturu nebo efektivní plochu lze měřit na skutečných anténách porovnáním se známou anténou s danou efektivní aperturou nebo výpočtem pomocí naměřeného zisku a výše uvedené rovnice.

Efektivní clona bude užitečným konceptem pro výpočet přijímaného výkonu z rovinné vlny.Chcete-li to vidět v akci, přejděte k další části o Friis převodovém vzorci.

Friisova přenosová rovnice

Na této stránce představíme jednu z nejzákladnějších rovnic v teorii antén,Friisova přenosová rovnice.Friisova přenosová rovnice se používá k výpočtu výkonu přijímaného z jedné antény (se ziskemG1), při vysílání z jiné antény (se ziskemG2), oddělené vzdálenostíRa pracující na frekvencifnebo vlnová délka lambda.Tato stránka stojí za přečtení několikrát a měla by být plně pochopena.

Odvození Friisova převodového vzorce

Chcete-li začít s odvozením Friisovy rovnice, zvažte dvě antény ve volném prostoru (žádné překážky v blízkosti) oddělené vzdálenostíR:

4

Předpokládejme, že ( )Watty celkového výkonu jsou dodávány do vysílací antény.V tuto chvíli předpokládejme, že vysílací anténa je všesměrová, bezeztrátová a že přijímací anténa je ve vzdáleném poli vysílací antény.Pak hustota výkonup(ve wattech na metr čtvereční) rovinné vlny dopadající na přijímací anténu na vzdálenostRz vysílací antény je dáno:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Obrázek 1. Vysílací (Tx) a přijímací (Rx) antény oddělené od sebeR.

5

Pokud má vysílací anténa zisk antény ve směru přijímací antény daný vztahem () ), pak výše uvedená rovnice hustoty výkonu bude:

2
6

Člen zisku ovlivňuje směrovost a ztráty skutečné antény.Předpokládejme nyní, že přijímací anténa má účinnou aperturu danou().Pak výkon přijímaný touto anténou ( ) je dán vztahem:

4
3
7

Protože efektivní clona pro jakoukoli anténu může být také vyjádřena jako:

8

Výsledný přijatý výkon lze zapsat jako:

9

Rovnice1

Toto je známé jako Friisův převodový vzorec.Dává do souvislosti ztrátu dráhy volného prostoru, zisky antény a vlnovou délku s přijímaným a vysílacím výkonem.Toto je jedna ze základních rovnic v teorii antén a je třeba si ji zapamatovat (stejně jako výše uvedené odvození).

Další užitečná forma Friisovy přenosové rovnice je uvedena v rovnici [2].Protože vlnová délka a frekvence f souvisí s rychlostí světla c (viz úvod na stránce frekvence), máme Friisův vzorec přenosu z hlediska frekvence:

10

Rovnice2

Rovnice [2] ukazuje, že při vyšších frekvencích se ztrácí více výkonu.Toto je základní výsledek Friisovy přenosové rovnice.To znamená, že u antén se specifikovanými zisky bude přenos energie nejvyšší na nižších frekvencích.Rozdíl mezi přijatým a přenášeným výkonem je známý jako ztráta cesty.Řečeno jiným způsobem, Friis Transmission Equation říká, že ztráta cesty je vyšší pro vyšší frekvence.Důležitost tohoto výsledku z Friis Transmission Formule nelze přeceňovat.To je důvod, proč mobilní telefony obecně pracují na frekvenci nižší než 2 GHz.Na vyšších frekvencích může být k dispozici více frekvenčního spektra, ale související ztráta cesty neumožní kvalitní příjem.Jako další důsledek Frissovy přenosové rovnice předpokládejme, že se vás zeptá na 60 GHz antény.Všimněte si, že tato frekvence je velmi vysoká, můžete říci, že ztráta cesty bude příliš vysoká pro komunikaci na velkou vzdálenost – a máte naprostou pravdu.Při velmi vysokých frekvencích (60 GHz se někdy označuje jako oblast mm (milimetrová vlna)) je ztráta cesty velmi vysoká, takže je možná pouze komunikace mezi dvěma body.K tomu dochází, když jsou přijímač a vysílač ve stejné místnosti a naproti sobě.Jako další důsledek Friis Transmission Formula, myslíte si, že jsou mobilní operátoři spokojeni s novým LTE (4G) pásmem, které funguje na 700 MHz?Odpověď je ano: jedná se o nižší frekvenci, než na které antény tradičně pracují, ale z rovnice [2] poznamenáváme, že ztráta cesty bude proto také nižší.Proto mohou tímto frekvenčním spektrem „pokrýt více území“ a vedoucí pracovník společnosti Verizon Wireless toto nedávno nazval „vysoce kvalitním spektrem“ právě z tohoto důvodu.Poznámka: Na druhou stranu, výrobci mobilních telefonů budou muset osadit anténu s větší vlnovou délkou do kompaktního zařízení (nižší frekvence = větší vlnová délka), takže se práce konstruktéra antény trochu zkomplikovala!

A konečně, pokud antény nejsou polarizovány, výše přijímaný výkon by mohl být vynásoben faktorem ztráty polarizace (PLF), aby se tento nesoulad správně zohlednil.Rovnici [2] výše lze upravit tak, aby vznikla zobecněná Friisova převodní rovnice, která zahrnuje nesoulad polarizace:

11

Rovnice3


Čas odeslání: leden-08-2024

Získejte produktový list