Az antenna vételi teljesítményének kiszámításához hasznos paraméter ahatékony területvagyhatékony rekesznyílás.Tegyük fel, hogy a vevőantennával azonos polarizációjú síkhullám esik az antennára.Tételezzük fel továbbá, hogy a hullám az antenna felé halad az antenna maximális sugárzási irányában (az az irány, ahonnan a legtöbb energiát kapnák).
Aztán ahatékony rekesznyílásparaméter azt írja le, hogy egy adott síkhullám mennyi energiát vesz fel.Haddplegyen a síkhullám teljesítménysűrűsége (W/m^2-ben).HaP_taz antenna vevője számára elérhető antennakivezetések teljesítményét jelenti (wattban), majd:
Ezért az effektív terület egyszerűen azt jelenti, hogy mennyi energiát fog fel a síkhullám és szállít az antenna.Ez a terület befolyásolja az antennával kapcsolatos veszteségeket (ohmikus veszteség, dielektromos veszteség stb.).
Az effektív apertúra általános összefüggését bármely antenna csúcsantenna-erősítésével (G) a következőképpen adjuk meg:
Az effektív apertúra vagy az effektív terület mérhető a tényleges antennákon egy ismert effektív apertúrájú antennával való összehasonlítással, vagy a mért erősítés és a fenti egyenlet felhasználásával végzett számítással.
Az effektív rekesznyílás hasznos fogalom a síkhullámból vett teljesítmény kiszámításához.Ennek működés közbeni megtekintéséhez lépjen a Friis átviteli képlet következő szakaszára.
A Friis átviteli egyenlet
Ezen az oldalon bemutatjuk az antennaelmélet egyik legalapvetőbb egyenletét, aFriis átviteli egyenlet.A Friis átviteli egyenlet az egyik antennától kapott teljesítmény kiszámítására szolgál (erősítésselG1), ha másik antennáról adják (erősítésselG2), távolság választja elRés frekvencián működikfvagy hullámhosszú lambda.Ezt az oldalt érdemes néhányszor elolvasni, és teljesen megérteni kell.
A Friis sebességváltó képlet származtatása
A Friis-egyenlet levezetésének megkezdéséhez tekintsünk két antennát a szabad térben (nincs a közelben akadály), egymástól távol.R:
Tételezzük fel, hogy （ ）Watt összteljesítmény jut az adóantennához.Jelenleg tegyük fel, hogy az adóantenna mindenirányú, veszteségmentes, és a vevőantenna az adóantenna távoli mezőjében van.Aztán a teljesítménysűrűségp(Watt per négyzetméterben) a vevőantennára eső síkhullám egy távolságátRaz adóantennáról a következőképpen adja meg:
1. ábra: Adó (Tx) és vételi (Rx) antennák egymástól elválasztvaR.
Ha az adóantenna antennaerősítéssel rendelkezik a vevőantenna irányában, amelyet () ad meg, akkor a fenti teljesítménysűrűségi egyenlet a következő lesz:
Az erősítési tag egy valódi antenna irányát és veszteségeit befolyásolja.Tételezzük fel most, hogy a vevőantennának van egy effektív apertúrája().Ekkor az antenna által vett teljesítményt ( ) a következő képlet adja meg:
Mivel bármely antenna effektív apertúrája a következőképpen is kifejezhető:
Az így kapott kapott teljesítmény a következőképpen írható fel:
1. egyenlet
Ezt Friis Transmission Formula néven ismerik.A szabad tér útveszteségét, az antenna erősítését és a hullámhosszt a vételi és adási teljesítményhez viszonyítja.Ez az antennaelmélet egyik alapvető egyenlete, és emlékezni kell rá (valamint a fenti levezetésre).
A Friis átviteli egyenlet másik hasznos formáját a [2] egyenlet adja meg.Mivel a hullámhossz és az f frekvencia összefügg a c fénysebességgel (lásd a frekvenciaoldal bevezetőjét), így a frekvencia tekintetében megvan a Friis átviteli képlet:
2. egyenlet
A [2] egyenlet azt mutatja, hogy nagyobb frekvenciákon több teljesítmény vész el.Ez a Friis átviteli egyenlet alapvető eredménye.Ez azt jelenti, hogy a meghatározott erősítéssel rendelkező antennák esetében az energiaátvitel alacsonyabb frekvenciákon lesz a legmagasabb.A kapott és az átvitt teljesítmény közötti különbséget útvesztésnek nevezzük.Másképpen mondva, a Friis Transmission Equation azt mondja, hogy az útveszteség nagyobb a magasabb frekvenciákon.A Friis Transmission Formula ezen eredményének fontosságát nem lehet túlbecsülni.Ez az oka annak, hogy a mobiltelefonok általában 2 GHz-nél kisebb frekvencián működnek.Előfordulhat, hogy magasabb frekvenciákon több frekvenciaspektrum áll rendelkezésre, de a kapcsolódó útvesztés nem teszi lehetővé a minőségi vételt.A Friss Transmission Equation további következményeként tegyük fel, hogy megkérdezik a 60 GHz-es antennákról.Figyelembe véve, hogy ez a frekvencia nagyon magas, azt állíthatja, hogy az útvesztés túl nagy lesz a hosszú távú kommunikációhoz - és teljesen igaza van.Nagyon magas frekvenciákon (a 60 GHz-et néha mm-es (milliméteres hullám) tartománynak is nevezik) az útveszteség nagyon nagy, így csak pont-pont kommunikáció lehetséges.Ez akkor fordul elő, ha a vevő és az adó ugyanabban a szobában vannak, és egymással szemben vannak.A Friis Transmission Formula további velejárójaként Ön szerint a mobiltelefon-szolgáltatók örülnek az új LTE (4G) sávnak, amely 700 MHz-en működik?A válasz igen: ez alacsonyabb frekvencia, mint az antennák hagyományosan működnek, de a [2] egyenletből megjegyezzük, hogy ezért az útveszteség is kisebb lesz.Ennélfogva ezzel a frekvenciaspektrummal "többet tudnak lefedni", és a Verizon Wireless egyik vezetője nemrégiben "kiváló minőségű spektrumnak" nevezte ezt, éppen ezért.Mellékes megjegyzés: Másrészt a mobiltelefon-gyártóknak nagyobb hullámhosszú antennát kell egy kompakt készülékbe szerelniük (alacsonyabb frekvencia = nagyobb hullámhossz), így az antennatervező dolga kicsit bonyolultabb lett!
Végül, ha az antennák polarizációja nem illeszkedik, a fenti vett teljesítmény megszorozható a polarizációs veszteségi tényezővel (PLF), hogy megfelelően figyelembe vegyék ezt az eltérést.A fenti [2] egyenlet megváltoztatható általános Friis átviteli képlet előállítására, amely magában foglalja a polarizációs eltérést:
3. egyenlet
Feladás időpontja: 2024-08-08
