En nyttig parameter som beregner mottakseffekten til en antenne ereffektivt områdeellereffektiv blenderåpningAnta at en planbølge med samme polarisasjon som mottakerantennen rammer antennen. Anta videre at bølgen beveger seg mot antennen i antennens retning med maksimal stråling (retningen som mest effekt ville bli mottatt fra).

Så deneffektiv blenderåpningparameteren beskriver hvor mye effekt som fanges opp fra en gitt planbølge. Lapvære effekttettheten til planbølgen (i W/m²). HvisP_trepresenterer effekten (i watt) ved antenneterminalene som er tilgjengelig for antennens mottaker, så:

Derfor representerer det effektive arealet ganske enkelt hvor mye effekt som fanges opp fra planbølgen og leveres av antennen. Dette arealet tar hensyn til tapene som er iboende i antennen (ohmiske tap, dielektriske tap osv.).

En generell relasjon for den effektive blenderåpningen med tanke på maksimal antenneforsterkning (G) for en hvilken som helst antenne er gitt av:

Effektiv blenderåpning eller effektivt areal kan måles på faktiske antenner ved sammenligning med en kjent antenne med en gitt effektiv blenderåpning, eller ved beregning ved hjelp av den målte forsterkningen og ligningen ovenfor.

Effektiv apertur vil være et nyttig konsept for å beregne mottatt effekt fra en planbølge. For å se dette i praksis, gå til neste avsnitt om Friis-transmisjonsformelen.

Friis-overføringsligningen

På denne siden introduserer vi en av de mest grunnleggende ligningene innen antenneteori,Friis transmisjonsligningFriis-transmisjonsligningen brukes til å beregne effekten som mottas fra én antenne (med forsterkningG1), når den sendes fra en annen antenne (med forsterkningG2), atskilt med en avstandR, og opererer med frekvensfeller bølgelengde lambda. Denne siden er verdt å lese et par ganger og bør forstås fullt ut.

Avledning av Friis Transmission Formula

For å begynne utledningen av Friis-ligningen, betrakt to antenner i fritt rom (ingen hindringer i nærheten) atskilt med en avstandR:

Anta at () Watt total effekt leveres til sendeantennen. Anta for øyeblikket at sendeantennen er omnidireksjonell, tapsfri, og at mottakerantennen er i fjernfeltet til sendeantennen. Da er effekttetthetenp(i watt per kvadratmeter) av planbølgen som innfaller på mottakerantennen en avstandRfra senderantennen er gitt av:

Figur 1. Sende- (Tx) og mottaks- (Rx) antenner atskilt medR.

Hvis senderantennen har en antenneforsterkning i retning av mottakerantennen gitt av （） , blir effekttetthetsligningen ovenfor:

Forsterkningsleddet påvirker retningen og tapene til en ekte antenne. Anta nå at mottakerantennen har en effektiv apertur gitt av( )Da er effekten som mottas av denne antennen ( ) gitt av:

Siden den effektive blenderåpningen for en hvilken som helst antenne også kan uttrykkes som:

Den resulterende mottatte effekten kan skrives som:

Ligning 1

Dette er kjent som Friis-transmisjonsformelen. Den relaterer tapet i friromsbanen, antenneforsterkning og bølgelengde til mottaks- og sendeeffekten. Dette er en av de grunnleggende ligningene i antenneteori, og bør huskes (samt utledningen ovenfor).

En annen nyttig form for Friis-transmisjonsligningen er gitt i ligning [2]. Siden bølgelengde og frekvens f er relatert til lysets hastighet c (se introduksjonen til frekvenssiden), har vi Friis-transmisjonsformelen når det gjelder frekvens:

Ligning 2

Ligning [2] viser at mer effekt går tapt ved høyere frekvenser. Dette er et grunnleggende resultat av Friis-transmisjonsligningen. Dette betyr at for antenner med spesifiserte forsterkninger vil energioverføringen være høyest ved lavere frekvenser. Forskjellen mellom den mottatte effekten og den overførte effekten er kjent som banetapet. Sagt på en annen måte, sier Friis-transmisjonsligningen at banetapet er høyere for høyere frekvenser. Viktigheten av dette resultatet fra Friis-transmisjonsformelen kan ikke overvurderes. Dette er grunnen til at mobiltelefoner vanligvis opererer på mindre enn 2 GHz. Det kan være mer frekvensspektrum tilgjengelig ved høyere frekvenser, men det tilhørende banetapet vil ikke muliggjøre kvalitetsmottak. Som en ytterligere konsekvens av Friis-transmisjonsligningen, anta at du blir spurt om 60 GHz-antenner. Merk at denne frekvensen er veldig høy, og du kan si at banetapet vil være for høyt for langdistansekommunikasjon - og du har helt rett. Ved veldig høye frekvenser (60 GHz blir noen ganger referert til som mm-området (millimeterbølge)) er banetapet veldig høyt, så bare punkt-til-punkt-kommunikasjon er mulig. Dette skjer når mottakeren og senderen er i samme rom og vender mot hverandre. Som en ytterligere korrollær av Friis transmisjonsformel, tror du mobiloperatørene er fornøyde med det nye LTE (4G)-båndet, som opererer på 700 MHz? Svaret er ja: dette er en lavere frekvens enn antenner tradisjonelt opererer på, men fra ligning [2] ser vi at banetapet derfor også vil være lavere. Derfor kan de "dekke mer terreng" med dette frekvensspekteret, og en leder hos Verizon Wireless kalte nylig dette "høykvalitetsspektrum", nettopp av denne grunn. Sidemerknad: På den annen side må mobiltelefonprodusentene montere en antenne med større bølgelengde i en kompakt enhet (lavere frekvens = større bølgelengde), så antennedesignerens jobb ble litt mer komplisert!

Til slutt, hvis antennene ikke er polarisasjonsmatchede, kan den ovennevnte mottatte effekten multipliseres med polarisasjonstapfaktoren (PLF) for å ta riktig hensyn til denne uoverensstemmelsen. Ligning [2] ovenfor kan endres for å produsere en generalisert Friis-transmisjonsformel, som inkluderer polarisasjonsuoverensstemmelse: