En nyttig parameter for å beregne mottakseffekten til en antenne ereffektivt områdeellereffektiv blenderåpning.Anta at en plan bølge med samme polarisering som mottaksantennen faller inn på antennen.Anta videre at bølgen beveger seg mot antennen i antennens retning for maksimal stråling (den retningen som mest kraft vil bli mottatt fra).
Og såeffektiv blenderåpningparameteren beskriver hvor mye kraft som fanges opp fra en gitt planbølge.Lapvære effekttettheten til den plane bølgen (i W/m^2).HvisP_trepresenterer effekten (i watt) ved antenneterminalene som er tilgjengelige for antennens mottaker, da:
Derfor representerer det effektive området ganske enkelt hvor mye kraft som fanges opp fra planbølgen og leveres av antennen.Dette området tar hensyn til tapene som er iboende til antennen (ohmske tap, dielektriske tap, etc.).
En generell sammenheng for den effektive blenderåpningen når det gjelder toppantenneforsterkningen (G) til enhver antenne er gitt av:
Effektiv blenderåpning eller effektivt område kan måles på faktiske antenner ved sammenligning med en kjent antenne med en gitt effektiv blenderåpning, eller ved beregning ved å bruke den målte forsterkningen og ligningen ovenfor.
Effektiv blenderåpning vil være et nyttig konsept for å beregne mottatt effekt fra en plan bølge.For å se dette i aksjon, gå til neste avsnitt om Friis-overføringsformelen.
Friis-overføringsligningen
På denne siden introduserer vi en av de mest grunnleggende ligningene innen antenneteori, denFriis overføringsligning.Friis-overføringsligningen brukes til å beregne effekten mottatt 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, vurdere to antenner i ledig plass (ingen hindringer i nærheten) atskilt med en avstandR:
Anta at （ ）Watt av total effekt leveres til senderantennen.Anta for øyeblikket at senderantennen er rundstrålende, tapsfri, og at mottaksantennen er i det fjerne feltet av senderantennen.Deretter krafttetthetenp(i watt per kvadratmeter) av planbølgen som faller inn på mottaksantennen en avstandRfra sendeantennen er gitt av:
Figur 1. Sende (Tx) og mottaksantenner (Rx) atskilt medR.
Hvis sendeantennen har en antenneforsterkning i retningen til mottaksantennen gitt av ( ) , blir effekttetthetsligningen ovenfor:
Forsterkningsbegrepet faktorer i retningsevnen og tapene til en ekte antenne.Anta nå at mottaksantennen har en effektiv blenderåpning gitt av().Deretter gis effekten som mottas av denne antennen ( ) av:
Siden den effektive blenderåpningen for enhver antenne også kan uttrykkes som:
Den resulterende mottatte kraften kan skrives som:
Ligning1
Dette er kjent som Friis Transmission Formula.Den relaterer tapet av ledig plass, antenneforsterkning og bølgelengde til de mottatte og sendeeffektene.Dette er en av de grunnleggende ligningene i antenneteori, og bør huskes (så vel som utledningen ovenfor).
En annen nyttig form for Friis-overføringsligningen er gitt i ligning [2].Siden bølgelengde og frekvens f er relatert til lyshastigheten c (se introduksjonen til frekvenssiden), har vi Friis overføringsformel når det gjelder frekvens:
Ligning2
Ligning [2] viser at mer kraft går tapt ved høyere frekvenser.Dette er et grunnleggende resultat av Friis Transmission Equation.Dette betyr at for antenner med spesifisert forsterkning vil energioverføringen være høyest ved lavere frekvenser.Forskjellen mellom den mottatte kraften og den overførte kraften er kjent som banetap.Sagt på en annen måte, sier Friis Transmission Equation at banetapet er høyere for høyere frekvenser.Betydningen av dette resultatet fra Friis Transmission Formula 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 Friss Transmission Equation, anta at du blir spurt om 60 GHz-antenner.Når du legger merke til at denne frekvensen er veldig høy, kan du si at banetapet vil være for høyt for langdistansekommunikasjon - og du har helt rett.Ved svært høye frekvenser (60 GHz blir noen ganger referert til som mm (millimeterbølge)-regionen), er banetapet svært høyt, så bare punkt-til-punkt-kommunikasjon er mulig.Dette skjer når mottaker og sender er i samme rom, og vender mot hverandre.Som en ytterligere følge av Friis Transmission Formula, tror du mobiltelefonoperatørene er glade for det nye LTE (4G)-båndet, som opererer på 700MHz?Svaret er ja: dette er en lavere frekvens enn antenner tradisjonelt opererer med, men fra ligning [2] merker vi at veitapet derfor også vil være lavere.Derfor kan de "dekke mer bakken" med dette frekvensspekteret, og en Verizon Wireless-leder kalte nylig dette "høykvalitetsspekteret", nettopp av denne grunn.Sidemerknad: På den annen side vil mobiltelefonprodusentene måtte 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 polarisasjonstilpasset, kan den mottatte effekten ovenfor multipliseres med Polarization Loss Factor (PLF) for å ta riktig hensyn til denne mismatchen.Ligning [2] ovenfor kan endres for å produsere en generalisert Friis-overføringsformel, som inkluderer polarisasjonsmismatch:
Ligning 3
Innleggstid: Jan-08-2024
