Mekkora az antenna effektív apertúrája?
Aantenna effektív apertúrája, más néveneffektív terület (Ae), leírja, hogy egy vevőantenna milyen hatékonyan fogja fel a beeső elektromágneses hullám energiáját. Ez egy egyenértékű vételi terület, nem feltétlenül az antenna fizikai nyílása.
A maximális vétel irányából érkező polarizáció-illesztéses síkhullám esetén az effektív apertúra összekapcsolja a beeső teljesítménysűrűséget az antenna csatlakozóin rendelkezésre álló teljesítménnyel.
If Sa beeső teljesítménysűrűség W/m²-ben2ésPra rendelkezésre álló vételi teljesítmény wattban, akkor:
Pr= SAe
Egy nagyobb effektív apertúra több energiát gyűjt be ugyanabból a beeső mezőből, feltéve, hogy az érkezési irány és a polarizáció egybeesik.
Az effektív apertúra figyelembe veszi a sugárzási hatásfokot és az egyéb antennaveszteségeket, beleértve a vezető és a dielektromos veszteségeket. Ezért a használható vételi teljesítményt méri, nem csak a fizikai méretet. A rekeszhatásfok, az impedancia-eltérés és a polarizáció-eltérés mind csökkentheti a vevőhöz juttatott teljesítményt.
Effektív rekeszérték képlete és antennaerősítés
Bármely antenna maximális effektív apertúrája a nyereségétől függ.Gés hullámhosszλáltal:
Ae= Gλ2/(4π)
Ebben az egyenletben az erősítést lineáris arányként használja, ne dBi-ként.G = 10G(dBi)/10Mivel a hullámhossz egyenlőc/f, az effektív rekeszérték a növekvő frekvenciával csökken, ha az erősítést állandó értéken tartjuk.
Ezzel szemben az azonos fizikai apertúrájú antennák nagyobb nyereséget érhetnek el rövidebb hullámhosszakon, ha az apertúra-hatásfok hasonló marad. Ez az összefüggés segít a mérnököknek összehasonlítani a vételi képességet a különböző frekvenciákon.
A hatékony rekeszérték meghatározása
A tényleges apertúra kiszámítható a mért nyereségből, meghatározható egy referenciaantennával való összehasonlítással, vagy következtethető a kalibrált vételi teljesítmény méréseiből. Az eredmény hasznos lehet a kapcsolati költségvetésekben, az antennamérésekben és a rendszer érzékenységének becslésében.
Mérési alkalmazásokhoz tekintse meg az RF MISO-katstandard erősítésű kürtantennák, amelyek ismert erősítést biztosítanak a megadott frekvenciasávokon.
A hatékony rekesz használata a Friis-féle átviteli egyenletben
AFriis-féle átviteli egyenletösszeköti az átvitt teljesítményt, az antennaerősítéseket, a hullámhosszt és a távolságot egy szabad térbeli távoli mező összeköttetésben. Az adóerősítéshezGt, vevőerősítésGr, hullámhosszλés távolságR, megbecsüli a vevőantennán rendelkezésre álló teljesítményt.
HasználatPr= SAeegyértelművé teszi a vételi effektív apertúra szerepét: az adóantenna meghatározza a teljesítménysűrűséget a vevőnél, a vevőantenna pedig ennek a mezőnek egy részét terminálteljesítménygé alakítja.
A Friis-féle átviteli képlet levezetése
Vegyünk két, egymástól távolságra lévő antennátRakadálytalan, szabad térben. A vevőantennának az adó távoli hatótávolságában kell lennie, és az antennákat irányban és polarizációban be kell állítani.
If Ptwatt teljesítményt juttatnak el egy ideális izotróp adóantennába, a teljesítmény egy gömb felületén terjed szét. TávolságbólR, a beeső teljesítménysűrűség:
1. ábra. Adó (Tx) és vevő (Rx) antennák elválasztvaR.
Egy praktikus adóantennához erősítésselGta vevő felé a beeső teljesítménysűrűség az alábbi erősítési tényezővel nő:
Ha a vevőantenna rendelkezik effektív apertúrávalAe, a rendelkezésre álló vételi teljesítmény a beeső teljesítménysűrűség szorozva a következővel:Ae:
A vevőantenna erősítés-rekesznyílás összefüggésének behelyettesítése a következő eredményt adja:
A vett teljesítmény tehát a megszokott szabadtér-alakban írható fel:
1. egyenlet.Friis átviteli egyenlet a hullámhossz alapján.
1. egyenletösszefüggésbe hozza az adási teljesítményt, az antennaerősítést, a hullámhosszt és a távolságot. Érvényes a távoli mezőben, látótávolság melletti szabadtérbeli terjedésre. A valós rendszerekben további tényezőkre van szükség a kábelveszteség, a csatlakozóveszteség, a mutatóhiba, a légköri csillapítás és egyéb terjedési hatások figyelembevételéhez.
A Friis-egyenlet frekvenciaalakja
Mertλ = c/f, az egyenlet a gyakorisággal is kifejezhető:
2. egyenlet.Friis átviteli egyenlete frekvencia szempontjából.
Hogyan befolyásolja a frekvencia a vett teljesítményt
Amikor az antenna nyeresége és távolsága állandó, a Friis-egyenlet a frekvencia növekedésével alacsonyabb vételi teljesítményt jósol, mivel a hullámhossz rövidül. Ez az összehasonlítás minden frekvencián azonos nyereségértékeket feltételez.
A fix fizikai apertúrájú antennák esetében azonban az erősítés általában növekszik a hullámhossz csökkenésével. A nagyfrekvenciás és milliméteres hullámú kapcsolatok ezért irányított, nagy erősítésű antennákkal erős teljesítményt érhetnek el, feltéve, hogy az összeköttetés költségvetése figyelembe veszi a beállítási pontosságot, a légköri elnyelést, az esőt és a hardveres veszteségeket is.
A Friis-egyenletet szabadtérbeli referenciaként, ne pedig teljes terjedési modellként használjuk. Távoli mezőbeli működést, akadálytalan rálátást és helyesen beállított antennákat feltételez.
Polarizációs eltérés
Ha az adó- és vevőantenna polarizációja nem egyezik, akkor az ideális vételi teljesítményt szorozzuk meg a polarizációs veszteségi tényezővel (PLF). Normalizált polarizációs vektorok esetén a PLF 0 és 1 között mozog; az 1 érték tökéletes illeszkedést jelent. Az alábbi általánosított forma tartalmazza ezt az eltérési tényezőt.
3. egyenlet.Általánosított Friis-féle átviteli egyenlet, beleértve a polarizációs eltérést.
Főbb tanulságok
- A hatékony rekesz a beeső teljesítménysűrűséget a vételi teljesítményből származó rendelkezésre álló teljesítménygé alakítja.
- nyereségértGés hullámhosszλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Az apertúra és a Friis-számításokban lineáris erősítést használjon, ne dBi-t.
- A Friis-elv távoli térbeli, látótávolságú, szabadtérbeli kapcsolatokra vonatkozik; a gyakorlati kapcsolati költségvetések további veszteségeket igényelnek.
RF MISO biztosítjastandard erősítésű kürtantennákés egyéb RF antenna megoldások méréshez, kalibráláshoz és rendszerintegrációhoz.Kapcsolat RF MISOa frekvenciatartomány, az erősítés és az interfészkövetelmények megvitatása.
Email:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Közzététel ideje: 2024. január 8.
