Карысным параметрам для разліку магутнасці прыёму антэны з'яўляеццаэфектыўная плошчаабоэфектыўная дыяфрагма.Выкажам здагадку, што на антэну падае плоская хваля з той жа палярызацыяй, што і ў прыёмнай антэны.Далей выкажам здагадку, што хваля рухаецца да антэны ў напрамку максімальнага выпраменьвання антэны (кірунак, адкуль будзе атрымана найбольшая магутнасць).
Затымэфектыўная дыяфрагмаПараметр апісвае, колькі магутнасці захопліваецца з дадзенай плоскай хвалі.Хайp— шчыльнасць магутнасці плоскай хвалі (у Вт/м^2).КаліП_туяўляе сабой магутнасць (у ватах) на клемах антэны, даступных для прыёмніка антэны, тады:
Такім чынам, эфектыўная плошча проста паказвае, колькі энергіі захопліваецца з плоскай хвалі і дастаўляецца антэнай.Гэтая вобласць улічвае страты, уласцівыя антэне (омічныя страты, дыэлектрычныя страты і г.д.).
Агульнае суадносіны для эфектыўнай апертуры з пункту гледжання 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 ўзмацнення і прыведзенага вышэй ураўнення.
Эфектыўная дыяфрагма будзе карысным паняццем для разліку магутнасці, атрыманай ад плоскай хвалі.Каб убачыць гэта ў дзеянні, перайдзіце да наступнага раздзела формулы перадачы Фрыіса.
Ураўненне перадачы Фрыса
На гэтай старонцы мы ўводзім адно з самых фундаментальных ураўненняў у тэорыі антэн -Ураўненне перадачы Фрыса.Ураўненне перадачы Фрыіса выкарыстоўваецца для разліку магутнасці, атрыманай ад адной антэны (з узмацненнемG1), пры перадачы з іншай антэны (з узмацненнемG2), падзеленыя адлегласцюR, і працуе на частацеfабо даўжыня хвалі лямбда.Гэтую старонку варта прачытаць некалькі разоў, і яе трэба цалкам зразумець.
Вывад формулы перадачы Фрыса
Каб пачаць вывядзенне ўраўнення Фрыіса, разгледзім дзве антэны ў вольнай прасторы (без перашкод паблізу), падзеленыя на адлегласцьR:
Выкажам здагадку, што （ ）Вт агульнай магутнасці падаецца на перадаючую антэну.На дадзены момант выкажам здагадку, што перадаючая антэна ўсенакіраваная, без страт, і што прыёмная антэна знаходзіцца ў далёкім полі перадаючай антэны.Затым шчыльнасць магутнасціp(у ватах на квадратны метр) плоскай хвалі, якая падае на прыёмную антэну на адлегласціRад перадаючай антэны задаецца:
Малюнак 1. Перадаючая (Tx) і прыёмная (Rx) антэны, падзеленыяR.
Калі перадаючая антэна мае каэфіцыент узмацнення антэны ў напрамку прыёмнай антэны, зададзены як（ ）, то прыведзенае вышэй ураўненне шчыльнасці магутнасці будзе выглядаць:
Тэрмін узмацнення ўлічвае накіраванасць і страты сапраўднай антэны.Выкажам здагадку цяпер, што прыёмная антэна мае эфектыўную апертуру, зададзеную（ ）.Тады магутнасць, якую прымае гэтая антэна ( ), вызначаецца па формуле:
Так як эфектыўная апертура для любой антэны таксама можа быць выражана як:
Атрыманую магутнасць можна запісаць так:
Ураўненне1
Гэта вядома як формула перадачы Фрыіса.Ён звязвае страты на шляху вольнай прасторы, узмацненне антэны і даўжыню хвалі з магутнасцю прыёму і перадачы.Гэта адно з фундаментальных раўнанняў у тэорыі антэн, і яго варта памятаць (як і прыведзены вышэй вывад).
Іншая карысная форма раўнання перадачы Фрыіса прыведзена ў раўнанні [2].Паколькі даўжыня хвалі і частата f звязаны з хуткасцю святла c (гл. уступ да старонкі частаты), мы маем формулу перадачы Фрыіса з пункту гледжання частаты:
Ураўненне2
Ураўненне [2] паказвае, што больш магутнасці губляецца на больш высокіх частотах.Гэта фундаментальны вынік раўнання перадачы Фрыса.Гэта азначае, што для антэн з зададзенымі каэфіцыентамі ўзмацнення перадача энергіі будзе найбольшай на больш нізкіх частотах.Розніца паміж атрыманай і перададзенай магутнасцю вядома як страты на шляху.Іншымі словамі, ураўненне перадачы Фрыіса кажа, што страты на шляху вышэй для больш высокіх частот.Немагчыма пераацаніць важнасць гэтага выніку формулы перадачы Friis.Вось чаму мабільныя тэлефоны звычайна працуюць на частаце менш за 2 ГГц.На больш высокіх частотах можа быць больш даступны спектр частот, але звязаная з гэтым страта на шляху не дазволіць атрымаць якасны прыём.У якасці далейшага следства ўраўненні перадачы Фрыса выкажам здагадку, што вас пытаюць пра антэны 60 Ггц.Адзначаючы, што гэтая частата вельмі высокая, вы можаце заявіць, што страты на шляху будуць занадта высокімі для сувязі на далёкай адлегласці - і вы абсалютна маеце рацыю.На вельмі высокіх частотах (60 ГГц часам называюць вобласцю мм (міліметровых хваль)) страты на шляху вельмі вялікія, таму магчымая толькі сувязь кропка-кропка.Гэта адбываецца, калі прыёмнік і перадатчык знаходзяцца ў адным пакоі і насупраць адзін аднаго.У якасці далейшага следства формулы перадачы Friis: як вы думаеце, ці задаволеныя аператары мабільнай сувязі новым дыяпазонам LTE (4G), які працуе на частаце 700 МГц?Адказ так: гэта меншая частата, чым традыцыйна працуюць антэны, але з раўнання [2] мы заўважаем, што страты на шляху таксама будуць меншымі.Такім чынам, яны могуць "ахопліваць больш месца" з дапамогай гэтага спектру частот, і кіраўнік Verizon Wireless нядаўна назваў гэты спектр "высокай якасці" менавіта па гэтай прычыне.Дадатковая заўвага: з іншага боку, вытворцам сотавых тэлефонаў давядзецца ўсталёўваць у кампактную прыладу антэну з большай даўжынёй хвалі (меншая частата = большая даўжыня хвалі), таму праца распрацоўніка антэны стала крыху больш складанай!
Нарэшце, калі палярызацыя антэн не супадае, атрыманую вышэй магутнасць можна памножыць на каэфіцыент страт пры палярызацыі (PLF), каб належным чынам улічыць гэта неадпаведнасць.Вышэйпрыведзенае ўраўненне [2] можа быць зменена для атрымання абагульненай формулы перадачы Фрыса, якая ўключае неадпаведнасць палярызацыі:
Ураўненне3
Час публікацыі: 8 студзеня 2024 г
