Корисним параметром для розрахунку потужності прийому антени єефективна площаабоефективна діафрагма.Припустимо, що на антену падає плоска хвиля з такою ж поляризацією, як у приймальної антени.Далі припустимо, що хвиля рухається до антени в напрямку максимального випромінювання антени (напрямку, звідки буде отримано найбільшу потужність).
Потімефективна діафрагмаПараметр описує, скільки потужності захоплюється від даної плоскої хвилі.Дозволятиpщільність потужності плоскої хвилі (у Вт/м^2).Якщоп_тявляє собою потужність (у Ватах) на клемах антени, доступних для приймача антени, тоді:
Отже, ефективна площа просто показує, скільки потужності захоплюється з плоскої хвилі та доставляється антеною.Ця область впливає на внутрішні втрати антени (омічні втрати, діелектричні втрати тощо).
Загальне співвідношення для ефективної апертури в термінах пікового підсилення антени (G) будь-якої антени визначається так:
Ефективну апертуру або ефективну площу можна виміряти на фактичних антенах шляхом порівняння з відомою антеною з заданою ефективною апертурою або шляхом розрахунку з використанням виміряного посилення та наведеного вище рівняння.
Ефективна апертура буде корисною концепцією для розрахунку отриманої потужності від плоскої хвилі.Щоб побачити це в дії, перейдіть до наступного розділу про формулу передачі Фрііса.
Рівняння передачі Фріса
На цій сторінці ми представляємо одне з найфундаментальніших рівнянь у теорії антен –Рівняння передачі Фріса.Рівняння передачі Фріса використовується для розрахунку потужності, отриманої від однієї антени (з посиленнямG1), при передачі з іншої антени (з посиленнямG2), розділені відстаннюR, і працює на частотіfабо довжина хвилі лямбда.Цю сторінку варто прочитати кілька разів, і її слід повністю зрозуміти.
Виведення формули передачі Фрііса
Щоб розпочати виведення рівняння Фрііса, розглянемо дві антени у вільному просторі (без перешкод поблизу), розділені відстаннюR:
Припустимо, що （ ）Вт загальної потужності доставляється на передавальну антену.На даний момент припустимо, що передавальна антена є всенаправленою, без втрат, і що приймальна антена знаходиться в дальньому полі передавальної антени.Потім щільність потужностіp(у Ватах на квадратний метр) плоскої хвилі, що падає на приймальну антену на відстаніRвід передавальної антени задається:
Малюнок 1. Передавальна (Tx) і приймальна (Rx) антени, розділеніR.
Якщо передавальна антена має коефіцієнт підсилення антени в напрямку приймальної антени, заданий як（ ）, то рівняння густини потужності, наведене вище, виглядає так:
Термін посилення враховує спрямованість і втрати справжньої антени.Припустимо тепер, що приймальна антена має ефективну апертуру, задану（ ）.Тоді потужність, отримана цією антеною ( ), визначається як:
Оскільки ефективна апертура будь-якої антени також може бути виражена як:
Отриману потужність можна записати так:
Рівняння1
Це відомо як формула передачі Фрііса.Він пов’язує втрати на шляху вільного простору, підсилення антени та довжину хвилі з потужністю прийому та передачі.Це одне з фундаментальних рівнянь у теорії антен, і його слід запам’ятати (як і наведений вище висновок).
Інша корисна форма рівняння передачі Фріса наведена в рівнянні [2].Оскільки довжина хвилі та частота f пов’язані зі швидкістю світла c (див. вступ до сторінки частоти), ми маємо формулу передачі Фріса в термінах частоти:
Рівняння2
Рівняння [2] показує, що більше потужності втрачається на вищих частотах.Це фундаментальний результат рівняння передачі Фріса.Це означає, що для антен із заданим підсиленням передача енергії буде найвищою на нижчих частотах.Різниця між отриманою та переданою потужністю відома як втрати на шляху.Іншими словами, рівняння передачі Friis говорить, що втрати на шляху вищі для вищих частот.Неможливо переоцінити важливість цього результату формули передачі Friis.Ось чому мобільні телефони зазвичай працюють на частоті менше 2 ГГц.На вищих частотах може бути доступний більший частотний спектр, але пов’язана з цим втрата на шляху не забезпечить якісний прийом.Як наступний наслідок рівняння передачі Фрісса, припустимо, що вас запитують про антени 60 ГГц.Зауваживши, що ця частота дуже висока, ви можете сказати, що втрати на шляху будуть занадто високими для зв’язку на великій відстані – і ви абсолютно праві.На дуже високих частотах (60 ГГц іноді називають областю мм (міліметрових хвиль)) втрати на шляху дуже великі, тому можливий лише зв’язок «точка-точка».Це відбувається, коли приймач і передавач знаходяться в одній кімнаті та навпроти один одного.Як додатковий наслідок Формули передачі Friis, на вашу думку, чи задоволені оператори мобільного зв’язку новим діапазоном LTE (4G), який працює на частоті 700 МГц?Відповідь так: це нижча частота, ніж традиційно працюють антени, але з рівняння [2] ми зазначаємо, що втрати на шляху також будуть меншими.Отже, вони можуть «охоплювати більше території» за допомогою цього частотного спектру, і керівник Verizon Wireless нещодавно назвав цей спектр «високої якості» саме з цієї причини.Додаткова примітка: з іншого боку, виробникам стільникових телефонів доведеться встановлювати антену з більшою довжиною хвилі в компактний пристрій (нижча частота = більша довжина хвилі), тому робота розробника антени стала трохи складнішою!
Нарешті, якщо поляризація антен не узгоджена, отриману вище потужність можна помножити на коефіцієнт поляризаційних втрат (PLF), щоб правильно врахувати цю невідповідність.Рівняння [2], наведене вище, може бути змінено для отримання узагальненої формули передачі Фрііса, яка включає невідповідність поляризації:
Рівняння3
Час публікації: 08 січня 2024 р
