Jaká je efektivní apertura antény?
Ten/Ta/Toefektivní apertura antény, nazývaný takéefektivní plocha (Ae), popisuje, jak efektivně přijímací anténa zachycuje energii z dopadající elektromagnetické vlny. Jedná se o ekvivalentní přijímací oblast, nikoli nutně o fyzický otvor antény.
Pro polarizačně sladěnou rovinnou vlnu přicházející ze směru maximálního příjmu spojuje efektivní apertura hustotu dopadajícího výkonu s výkonem dostupným na anténních svorkách.
If Sje hustota dopadajícího výkonu ve W/m²2aPrje dostupný přijímaný výkon ve wattech, pak:
Pr= SAe
Větší efektivní clona shromažďuje více energie ze stejného dopadajícího pole, za předpokladu, že směr příchodu a polarizace jsou shodné.
Efektivní apertura zohledňuje vyzařovací účinnost a další ztráty antény, včetně ztrát vodiči a dielektrikem. Měří tedy spíše použitelný přijímací výkon než pouze fyzickou velikost. Účinnost apertury, impedanční nesoulad a polarizační nesoulad mohou snižovat výkon dodávaný do přijímače.
Vzorec pro efektivní clonu a zisk antény
Maximální efektivní apertura jakékoli antény souvisí s jejím ziskem.Ga vlnová délkaλpodle:
Ae= Gλ2/(4π)
V této rovnici použijte zisk jako lineární poměr, nikoli dBi. Převeďte zisk pomocíG = 10G(dBi)/10Protože vlnová délka se rovnác/f, efektivní clona se snižuje se zvyšující se frekvencí, pokud je zisk udržován konstantní.
Naopak antény se stejnou fyzickou aperturou mohou dosáhnout vyššího zisku na kratších vlnových délkách, pokud účinnost apertury zůstává srovnatelná. Tento vztah pomáhá inženýrům porovnávat přijímací schopnosti napříč frekvencemi.
Jak se určuje efektivní clona
Efektivní aperturu lze vypočítat z naměřeného zisku, určit porovnáním s referenční anténou nebo odvodit z kalibrovaných měření přijímacího výkonu. Výsledek je užitečný při rozpočtech spojů, měření antén a odhadech citlivosti systému.
Pro měřicí aplikace se podívejte na RF MISOstandardní ziskové trychtýřové antény, které poskytují známý zisk v daných frekvenčních pásmech.
Použití efektivní clony ve Friisově přenosové rovnici
Ten/Ta/ToFriisova přenosová rovnicePropojuje vysílací výkon, zisky antény, vlnovou délku a oddělovací vzdálenost ve vzdáleném poli ve volném prostoru. Pro zisk vysílačeGt, zisk přijímačeGr, vlnová délkaλa vzdálenostR, odhaduje výkon dostupný na přijímací anténě.
PoužíváníPr= SAeexplicitně vyjadřuje roli efektivní clony příjmu: vysílací anténa určuje hustotu výkonu v přijímači a přijímací anténa převádí část tohoto pole na terminální výkon.
Odvození Friisova převodového vzorce
Uvažujme dvě antény od sebe vzdálenéRv nerušeném volném prostoru. Přijímací anténa musí být ve vzdáleném poli vysílače a antény by měly být zarovnány co do směru a polarizace.
If PtPokud jsou watty dodávány do ideální izotropní vysílací antény, výkon se rozprostírá po povrchu koule. Ve vzdálenostiR, hustota dopadajícího výkonu je:
Obrázek 1. Vysílací (Tx) a přijímací (Rx) antény oddělenéR.
Pro praktickou vysílací anténu se ziskemGtsměrem k přijímači se hustota dopadajícího výkonu zvyšuje o tento faktor zesílení:
Pokud má přijímací anténa efektivní aperturuAe, dostupný přijímaný výkon je hustota dopadajícího výkonu vynásobenáAe:
Dosazením vztahu zisk-apertura pro přijímací anténu získáme:
Přijatý výkon lze tedy zapsat ve známém tvaru pro volný prostor:
Rovnice 1.Friisova přenosová rovnice z hlediska vlnové délky.
Rovnice 1Vztahuje se k vysílacímu výkonu, ziskům antény, vlnové délce a oddělovací vzdálenosti. Platí pro šíření signálu ve volném prostoru v přímé viditelnosti ve vzdáleném poli. Reálné systémy vyžadují další termíny pro ztráty v kabelu, ztráty v konektoru, chybu zaměření, atmosférický útlum a další vlivy šíření.
Frekvenční tvar Friisovy rovnice
Protožeλ = c/f, rovnici lze také vyjádřit pomocí frekvence:
Rovnice 2.Friisova přenosová rovnice z hlediska frekvence.
Jak frekvence ovlivňuje přijímaný výkon
Pokud jsou zisky a vzdálenost antény konstantní, Friisova rovnice předpovídá nižší přijímaný výkon s rostoucí frekvencí, protože se vlnová délka zkracuje. Toto srovnání předpokládá stejné hodnoty zisku na každé frekvenci.
U antén s pevnou fyzickou aperturou se však zisk obecně zvyšuje s klesající vlnovou délkou. Vysokofrekvenční a milimetrové vlnové spoje proto mohou dosáhnout vysokého výkonu se směrovými anténami s vysokým ziskem, za předpokladu, že rozpočet spoje zohledňuje také přesnost zaměřování, absorpci v atmosféře, déšť a hardwarové ztráty.
Použijte Friisovu rovnici jako referenci ve volném prostoru, nikoli jako kompletní model šíření. Předpokládá provoz ve vzdáleném poli, nerušenou viditelnost a správně nasměrované antény.
Nesoulad polarizace
Pokud vysílací a přijímací antény nejsou polarizačně sladěny, vynásobte ideální přijímaný výkon faktorem polarizačních ztrát (PLF). Pro normalizované polarizační vektory se PLF pohybuje od 0 do 1; hodnota 1 představuje dokonalé sladění. Níže uvedený zobecněný tvar zahrnuje tento termín nesouladu.
Rovnice 3.Zobecněná Friisova přenosová rovnice včetně polarizačního nesouladu.
Klíčové poznatky
- Efektivní clona převádí hustotu dopadajícího výkonu na dostupný přijímaný výkon.
- Pro ziskGa vlnová délkaλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Při výpočtech clony a Friisova signálu použijte lineární zisk, nikoli dBi.
- Friis se vztahuje na spoje ve volném prostoru na dálku v přímé viditelnosti; praktické rozpočty spojů vyžadují dodatečné ztráty.
RF MISO poskytujestandardní ziskové trychtýřové anténya další řešení RF antén pro měření, kalibraci a systémovou integraci.Kontaktujte RF MISOprodiskutovat frekvenční rozsah, zesílení a požadavky na rozhraní.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Čas zveřejnění: 8. ledna 2024
