Kakšna je efektivna odprtina antene?
Theefektivna odprtina antene, imenovan tudiefektivna površina (Ae), opisuje, kako učinkovito sprejemna antena zajame moč iz vpadnega elektromagnetnega valovanja. Gre za enakovredno sprejemno območje, ne nujno za fizično odprtino antene.
Za polarizacijsko usklajen ravninski val, ki prihaja iz smeri največjega sprejema, efektivna odprtina povezuje gostoto vpadne moči z močjo, ki je na voljo na antenskih priključkih.
If Sje gostota vpadne moči v W/m2inPrje razpoložljiva prejeta moč v vatih, potem:
Pr= SAe
Večja efektivna odprtina zbere več moči iz istega vpadnega polja, pod pogojem, da sta smer prihoda in polarizacija poravnani.
Učinkovita odprtina upošteva sevalno učinkovitost in druge izgube antene, vključno z izgubami v prevodnikih in dielektričnih izgubah. Zato meri uporabno sprejemno zmogljivost in ne le fizične velikosti. Izkoristek odprtine, neusklajenost impedance in neusklajenost polarizacije lahko zmanjšajo moč, ki se dovaja sprejemniku.
Formula za efektivno odprtino in ojačanje antene
Največja efektivna odprtina katere koli antene je povezana z njenim ojačanjem.Gin valovna dolžinaλod:
Ae= Gλ2/(4π)
V tej enačbi uporabite ojačanje kot linearno razmerje, ne dBi. Pretvorite ojačanje zG = 10G(dBi)/10Ker je valovna dolžina enakac/f, efektivna zaslonka se z naraščajočo frekvenco zmanjšuje, ko je ojačanje konstantno.
Nasprotno pa lahko antene z enako fizično odprtino dosežejo večji dobiček pri krajših valovnih dolžinah, če je učinkovitost odprtine primerljiva. To razmerje pomaga inženirjem primerjati sprejemno zmogljivost med frekvencami.
Kako se določi efektivna zaslonka
Učinkovito odprtino je mogoče izračunati iz izmerjenega ojačanja, določiti s primerjavo z referenčno anteno ali sklepati iz kalibriranih meritev sprejemne moči. Rezultat je uporaben pri proračunih povezav, meritvah anten in ocenah občutljivosti sistema.
Za merilne aplikacije raziščite RF MISOstandardne antene z ojačanjem, ki zagotavljajo znano ojačanje v določenih frekvenčnih pasovih.
Uporaba efektivne odprtine v Friisovi prenosni enačbi
TheFriisova prenosna enačbaPovezuje oddajano moč, ojačanje antene, valovno dolžino in razdaljo v povezavi v prostem prostoru. Za ojačanje oddajnikaGt, ojačanje sprejemnikaGr, valovna dolžinaλin razdaljaR, ocenjuje moč, ki je na voljo na sprejemni anteni.
UporabaPr= SAeeksplicitno opredeli vlogo efektivne sprejemne odprtine: oddajna antena določa gostoto moči na sprejemniku, sprejemna antena pa del tega polja pretvori v končno moč.
Izpeljava Friisove transmisijske formule
Razmislite o dveh antenah, ki sta med seboj oddaljeniRv neoviranem prostem prostoru. Sprejemna antena mora biti v daljnem polju oddajnika, anteni pa morata biti poravnani glede smeri in polarizacije.
If PtKo se idealni izotropni oddajni anteni dovedejo vati, se moč porazdeli po površini krogle. Na razdaljiR, gostota vpadne moči je:
Slika 1. Oddajna (Tx) in sprejemna (Rx) antena, ločeni zR.
Za praktično oddajno anteno z ojačanjemGtproti sprejemniku se gostota vpadne moči poveča za ta faktor ojačanja:
Če ima sprejemna antena efektivno odprtinoAe, razpoložljiva prejeta moč je gostota vpadne moči, pomnožena zAe:
Če za sprejemno anteno uporabimo razmerje med ojačanjem in odprtino, dobimo:
Prejeto moč lahko torej zapišemo v znani obliki prostega prostora:
Enačba 1.Friisova prenosna enačba glede na valovno dolžino.
Enačba 1povezuje oddajno moč, ojačanje antene, valovno dolžino in razdaljo. Velja za širjenje v prostem prostoru v vidnem polju na daljnem polju. Realni sistemi zahtevajo dodatne izraze za izgubo kabla, izgubo konektorja, napako usmerjanja, atmosfersko slabljenje in druge učinke širjenja.
Frekvenčna oblika Friisove enačbe
Kerλ = c/f, enačbo lahko izrazimo tudi s frekvenco:
Enačba 2.Friisova prenosna enačba glede na frekvenco.
Kako frekvenca vpliva na prejeto moč
Ko sta ojačanje in razdalja antene konstantna, Friisova enačba napoveduje manjšo sprejeto moč z naraščanjem frekvence, ker se valovna dolžina krajša. Ta primerjava predpostavlja enake vrednosti ojačanja pri vsaki frekvenci.
Pri antenah s fiksno fizično odprtino pa se ojačanje običajno povečuje z zmanjševanjem valovne dolžine. Visokofrekvenčne in milimetrske valovne povezave lahko zato dosežejo visoko zmogljivost z usmerjenimi antenami z visokim ojačanjem, če proračun povezave upošteva tudi natančnost usmerjanja, absorpcijo v ozračju, dež in izgube strojne opreme.
Friisovo enačbo uporabite kot referenco v prostem prostoru in ne kot popoln model širjenja. Predpostavlja delovanje na daljnem polju, neovirano vidno linijo in pravilno poravnane antene.
Neusklajenost polarizacije
Če oddajna in sprejemna antena nista polarizacijsko usklajeni, pomnožite idealno sprejeto moč s faktorjem polarizacijskih izgub (PLF). Za normalizirane polarizacijske vektorje se PLF giblje od 0 do 1; vrednost 1 predstavlja popolno ujemanje. Spodnja posplošena oblika vključuje ta izraz neusklajenosti.
Enačba 3.Posplošena Friisova prenosna enačba, vključno z neusklajenostjo polarizacije.
Ključne ugotovitve
- Učinkovita odprtina pretvori gostoto vpadne moči v razpoložljivo prejeto moč.
- Za dobičekGin valovna dolžinaλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Pri izračunih zaslonke in Friisa uporabite linearno ojačanje in ne dBi.
- Friis velja za povezave v prostem prostoru na daljavo in v vidnem polju; praktični proračuni za povezave zahtevajo dodatne izgube.
RF MISO zagotavljastandardne antene z ojačanjemin druge rešitve RF anten za merjenje, kalibracijo in sistemsko integracijo.Kontaktirajte RF MISOrazpravljati o frekvenčnem območju, ojačanju in zahtevah vmesnika.
E-pošta:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Čas objave: 8. januar 2024
