Koliki je efektivni otvor antene?
Theefektivni otvor antene, također nazvanefektivna površina (Ae), opisuje koliko učinkovito prijemna antena hvata snagu iz upadnog elektromagnetskog vala. To je ekvivalentno područje prijema, ne nužno fizički otvor antene.
Za ravninski val usklađen s polarizacijom koji dolazi iz smjera maksimalnog prijema, efektivni otvor blende povezuje gustoću upadne snage sa snagom dostupnom na terminalima antene.
If Sgustoća upadne snage u W/m2iPrje dostupna primljena snaga u vatima, tada je:
Pr= SAe
Veći efektivni otvor blende prikuplja više snage iz istog upadnog polja, pod uvjetom da su smjer dolaska i polarizacija usklađeni.
Efektivni otvor blende uzima u obzir učinkovitost zračenja i ostale gubitke antene, uključujući gubitke u vodičima i dielektriku. Stoga mjeri upotrebljive performanse prijema, a ne samo fizičku veličinu. Učinkovitost otvora blende, neusklađenost impedancije i neusklađenost polarizacije mogu smanjiti snagu isporučenu prijemniku.
Formula efektivne aperture i pojačanje antene
Maksimalni efektivni otvor bilo koje antene povezan je s njezinim pojačanjem.Gi valna duljinaλpo:
Ae= Gλ2/(4π)
U ovoj jednadžbi koristite pojačanje kao linearni omjer, a ne dBi. Pretvorite pojačanje sG = 10G(dBi)/10Jer valna duljina jednaka jec/f, efektivni otvor blende se smanjuje s povećanjem frekvencije kada se pojačanje održava konstantnim.
Suprotno tome, antene s istim fizičkim otvorom blende mogu postići veći dobitak na kraćim valnim duljinama kada učinkovitost otvora blende ostaje usporediva. Ovaj odnos pomaže inženjerima da usporede mogućnosti prijema na različitim frekvencijama.
Kako se određuje efektivni otvor blende
Efektivni otvor blende može se izračunati iz izmjerenog pojačanja, odrediti usporedbom s referentnom antenom ili zaključiti iz kalibriranih mjerenja prijemne snage. Rezultat je koristan u proračunima veza, mjerenjima antene i procjenama osjetljivosti sustava.
Za mjerne primjene, istražite RF MISO-ovestandardne antene s pojačanjem, koji pružaju poznato pojačanje u određenim frekvencijskim pojasevima.
Korištenje efektivnog otvora blende u Friisovoj jednadžbi prijenosa
TheFriisova jednadžba prijenosapovezuje odašiljenu snagu, pojačanja antene, valnu duljinu i udaljenost razmaka u dalekom polju veze u slobodnom prostoru. Za pojačanje odašiljačaGt, pojačanje prijemnikaGr, valna duljinaλi udaljenostR, procjenjuje snagu dostupnu na prijemnoj anteni.
KorištenjePr= SAeeksplicitno navodi ulogu efektivnog otvora blende prijema: odašiljačka antena utvrđuje gustoću snage na prijemniku, a prijemna antena pretvara dio tog polja u terminalnu snagu.
Izvođenje Friisove transmisijske formule
Razmotrimo dvije antene razdvojene određenom udaljenošćuRu neometanom slobodnom prostoru. Prijemna antena mora biti u dalekom polju odašiljača, a antene trebaju biti poravnate po smjeru i polarizaciji.
If PtKada se vati isporučuju idealnoj izotropnoj odašiljačkoj anteni, snaga se širi po površini sfere. Na udaljenostiR, gustoća upadne snage je:
Slika 1. Antene za prijenos (Tx) i prijem (Rx) odvojeneR.
Za praktičnu odašiljačku antenu s pojačanjemGtprema prijemniku, gustoća upadne snage povećava se za taj faktor pojačanja:
Ako prijemna antena ima efektivni otvor blendeAe, dostupna primljena snaga je gustoća upadne snage pomnožena sAe:
Zamjenom odnosa pojačanja i otvora blende za prijemnu antenu dobivamo:
Primljena snaga se stoga može zapisati u poznatom obliku slobodnog prostora:
Jednadžba 1.Friisova transmisijska jednadžba u smislu valne duljine.
Jednadžba 1povezuje snagu odašiljanja, pojačanje antene, valnu duljinu i udaljenost razmaka. Vrijedi za širenje u slobodnom prostoru u vidnom polju u dalekom polju. Stvarni sustavi zahtijevaju dodatne uvjete za gubitak kabela, gubitak konektora, pogrešku usmjeravanja, atmosfersko slabljenje i druge učinke širenja.
Frekvencijski oblik Friisove jednadžbe
Jerλ = c/f, jednadžba se također može izraziti u terminima frekvencije:
Jednadžba 2.Friisova jednadžba prijenosa u smislu frekvencije.
Kako frekvencija utječe na primljenu snagu
Kada su pojačanja i udaljenost antene konstantni, Friisova jednadžba predviđa nižu primljenu snagu kako se frekvencija povećava jer valna duljina postaje kraća. Ova usporedba pretpostavlja iste vrijednosti pojačanja na svakoj frekvenciji.
Međutim, za antene s fiksnim fizičkim otvorom, pojačanje se općenito povećava sa smanjenjem valne duljine. Visokofrekventne i milimetarske valne veze stoga mogu postići snažne performanse s usmjerenim antenama s visokim pojačanjem, pod uvjetom da proračun veze također uzima u obzir točnost usmjeravanja, atmosfersku apsorpciju, kišu i gubitke hardvera.
Koristite Friisovu jednadžbu kao referencu slobodnog prostora, a ne kao potpuni model širenja. Pretpostavlja rad u dalekom polju, nesmetanu liniju vidljivosti i ispravno usmjerene antene.
Neusklađenost polarizacije
Ako odašiljačka i prijemna antena nisu polarizirane, idealnu primljenu snagu pomnožite s faktorom gubitka polarizacije (PLF). Za normalizirane vektore polarizacije, PLF se kreće od 0 do 1; vrijednost 1 predstavlja savršeno podudaranje. Generalizirani oblik u nastavku uključuje ovaj pojam neusklađenosti.
Jednadžba 3.Generalizirana Friisova jednadžba prijenosa uključujući neusklađenost polarizacije.
Ključne zaključke
- Efektivni otvor blende pretvara gustoću upadne snage u dostupnu primljenu snagu.
- Za dobitakGi valna duljinaλ, Ae= Gλ2/(4π).
- U izračunima otvora blende i Friisa koristite linearno pojačanje, a ne dBi.
- Friis se primjenjuje na veze dalekog polja i linije vidljivosti u slobodnom prostoru; praktični proračuni veza zahtijevaju dodatne gubitke.
RF MISO pružastandardne antene s pojačanjemi druga RF antenska rješenja za mjerenje, kalibraciju i integraciju sustava.Kontaktirajte RF MISOraspraviti frekvencijski raspon, pojačanje i zahtjeve sučelja.
E-pošta:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Vrijeme objave: 08.01.2024.
