Карысным параметрам, які разлічвае магутнасць прыёму антэны, з'яўляеццаэфектыўная плошчаабоэфектыўная дыяфрагмаДапусцім, што на антэну падае плоская хваля з такой жа палярызацыяй, як і ў прыёмнай антэны. Далей дапусцім, што хваля рухаецца да антэны ў кірунку максімальнага выпраменьвання антэны (кірунак, адкуль будзе прымацца найбольшая магутнасць).

Тадыэфектыўная дыяфрагмапараметр апісвае, колькі магутнасці захопліваецца з дадзенай плоскай хвалі. Няхайpбыць шчыльнасцю магутнасці плоскай хвалі (у Вт/м^2). КаліП_тпрадстаўляе магутнасць (у Ватах) на клемах антэны, даступная для прыёмніка антэны, тады:

Такім чынам, эфектыўная плошча проста паказвае, колькі магутнасці захопліваецца з плоскай хвалі і перадаецца антэнай. Гэтая плошча ўлічвае страты, уласцівыя антэне (омічныя страты, дыэлектрычныя страты і г.д.).

Агульная залежнасць для эфектыўнай апертуры ў залежнасці ад пікавага каэфіцыента ўзмацнення антэны (G) любой антэны задаецца наступным чынам:

Эфектыўную апертуру або эфектыўную плошчу можна вымераць на рэальных антэнах шляхам параўнання з вядомай антэнай з зададзенай эфектыўнай апертурай або шляхам разліку з выкарыстаннем вымеранага каэфіцыента ўзмацнення і прыведзенага вышэй ураўнення.

Эфектыўная апертура будзе карысным паняццем для разліку магутнасці прыёму ад плоскай хвалі. Каб убачыць гэта ў дзеянні, перайдзіце да наступнага раздзела, прысвечанага формуле перадачы Фрыіса.

Ураўненне перадачы Фрыса

На гэтай старонцы мы ўводзім адно з найбольш фундаментальных ураўненняў у тэорыі антэн,Ураўненне перадачы ФрысаДля разліку магутнасці, атрыманай ад адной антэны (з каэфіцыентам узмацнення), выкарыстоўваецца ўраўненне перадачы Фрыіса.G1), пры перадачы з іншай антэны (з узмацненнемG2), падзеленыя адлегласцюRі працуе на частацеfабо даўжыня хвалі лямбда. Гэтую старонку варта прачытаць некалькі разоў, і яе трэба цалкам зразумець.

Вывад формулы перадачы Фрыса

Каб пачаць вывад ураўнення Фрыіса, разгледзім дзве антэны ў вольнай прасторы (без перашкод паблізу), падзеленыя адлегласцюR:

Дапусцім, што на перадаючую антэну падаецца () Вт агульнай магутнасці. Пакуль што дапусцім, што перадаючая антэна з'яўляецца ўсенакіраванай, без страт, і што прыёмная антэна знаходзіцца ў далёкай зоне перадаючай антэны. Тады шчыльнасць магутнасціp(у ватах на квадратны метр) плоскай хвалі, якая падае на прыёмную антэну на адлегласціRад перадаючай антэны задаецца па формуле:

Малюнак 1. Перадаючая (Tx) і прыёмная (Rx) антэны, падзеленыяR.

Калі каэфіцыент узмацнення перадаючай антэны ў кірунку прыёмнай антэны вызначаецца як (), то прыведзенае вышэй ураўненне шчыльнасці магутнасці мае выгляд:

Член узмацнення ўлічвае накіраванасць і страты рэальнай антэны. Дапусцім цяпер, што прыёмная антэна мае эфектыўную апертуру, якая задаецца наступным чынам:()Тады магутнасць, якая прымаецца гэтай антэнай (), вызначаецца па формуле:

Паколькі эфектыўную апертуру для любой антэны можна таксама выразіць як:

Атрыманую магутнасць можна запісаць як:

Раўнанне 1

Гэта вядома як формула перадачы Фрыіса. Яна звязвае страты на шляху ў вольнай прасторы, каэфіцыент узмацнення антэны і даўжыню хвалі з магутнасцю прыёму і перадачы. Гэта адно з фундаментальных ураўненняў у тэорыі антэн, і яго варта памятаць (як і вывад вышэй).

Яшчэ адна карысная форма ўраўнення перадачы Фрыіса прыведзена ў раўнанні [2]. Паколькі даўжыня хвалі і частата f звязаны хуткасцю святла c (гл. уводзіны на старонку частаты), мы маем формулу перадачы Фрыіса ў тэрмінах частаты:

Раўнанне2

Раўнанне [2] паказвае, што на больш высокіх частотах губляецца больш магутнасці. Гэта фундаментальны вынік ураўнення перадачы Фрыіса. Гэта азначае, што для антэн з зададзенымі каэфіцыентамі ўзмацнення перадача энергіі будзе найвышэйшай на больш нізкіх частотах. Розніца паміж атрыманай магутнасцю і перададзенай магутнасцю вядомая як страты на трасе. Іншымі словамі, ураўненне перадачы Фрыіса сцвярджае, што страты на трасе вышэйшыя для больш высокіх частот. Важнасць гэтага выніку з формулы перадачы Фрыіса нельга пераацаніць. Вось чаму мабільныя тэлефоны звычайна працуюць на частаце менш за 2 ГГц. На больш высокіх частотах можа быць даступны большы частотны спектр, але звязаныя з гэтым страты на трасе не забяспечаць якасны прыём. Як яшчэ адзін вынік ураўнення перадачы Фрыіса, уявіце, што вас пытаюцца пра антэны на 60 ГГц. Зважаючы на тое, што гэтая частата вельмі высокая, вы можаце заявіць, што страты на трасе будуць занадта высокімі для сувязі на вялікія адлегласці - і вы абсалютна маеце рацыю. На вельмі высокіх частотах (60 ГГц часам называюць міліметровым дыяпазонам хваль)) страты на трасе вельмі высокія, таму магчымая толькі сувязь "кропка-кропка". Гэта адбываецца, калі прыёмнік і перадатчык знаходзяцца ў адным пакоі і накіраваны адзін насупраць аднаго. Як яшчэ адно выснова з формулы перадачы Фрыіса, ці думаеце вы, што аператары мабільнай сувязі задаволеныя новым дыяпазонам LTE (4G), які працуе на частаце 700 МГц? Адказ — так: гэта ніжэйшая частата, чым традыцыйна працуюць антэны, але з ураўнення [2] вынікае, што страты на трасе таксама будуць ніжэйшымі. Такім чынам, яны могуць «пакрыць большую тэрыторыю» гэтым частотным спектрам, і кіраўнік Verizon Wireless нядаўна назваў гэта «высокаякасным спектрам» менавіта па гэтай прычыне. Заўвага: З іншага боку, вытворцам мабільных тэлефонаў давядзецца ўстаўляць антэну з большай даўжынёй хвалі ў кампактную прыладу (ніжэйшая частата = большая даўжыня хвалі), таму праца распрацоўшчыка антэны крыху ўскладнілася!

Нарэшце, калі антэны не маюць палярызацыйнага супадзення, вышэйпаказаную прыманую магутнасць можна памножыць на каэфіцыент палярызацыйных страт (PLF), каб належным чынам улічыць гэтае несупадзенне. Прыведзенае вышэй раўнанне [2] можна змяніць, каб атрымаць абагульненую формулу перадачы Фрыіса, якая ўключае несупадзенне палярызацыі: