Μια χρήσιμη παράμετρος για τον υπολογισμό της ισχύος λήψης μιας κεραίας είναι ηαποτελεσματική περιοχήήαποτελεσματικό διάφραγμα.Ας υποθέσουμε ότι ένα επίπεδο κύμα με την ίδια πόλωση με την κεραία λήψης προσπίπτει στην κεραία.Επιπλέον, υποθέστε ότι το κύμα ταξιδεύει προς την κεραία στην κατεύθυνση της μέγιστης ακτινοβολίας της κεραίας (την κατεύθυνση από την οποία θα λαμβανόταν η μεγαλύτερη ισχύς).
Μετά τοαποτελεσματικό διάφραγμαΗ παράμετρος περιγράφει πόση ισχύ συλλαμβάνεται από ένα δεδομένο επίπεδο κύμα.Αφήνωpείναι η πυκνότητα ισχύος του επίπεδου κύματος (σε W/m^2).ΑνP_tαντιπροσωπεύει την ισχύ (σε Watts) στους ακροδέκτες της κεραίας που είναι διαθέσιμοι στον δέκτη της κεραίας, στη συνέχεια:
Ως εκ τούτου, η ενεργός περιοχή αντιπροσωπεύει απλώς πόση ισχύς συλλαμβάνεται από το επίπεδο κύμα και παρέχεται από την κεραία.Αυτή η περιοχή επηρεάζει τις εγγενείς απώλειες της κεραίας (ωμικές απώλειες, απώλειες διηλεκτρικού κ.λπ.).
Μια γενική σχέση για το ενεργό διάφραγμα ως προς το μέγιστο κέρδος κεραίας (G) οποιασδήποτε κεραίας δίνεται από:
Το ενεργό διάφραγμα ή η ενεργός περιοχή μπορεί να μετρηθεί σε πραγματικές κεραίες σε σύγκριση με μια γνωστή κεραία με δεδομένο ενεργό διάφραγμα ή με υπολογισμό χρησιμοποιώντας το μετρούμενο κέρδος και την παραπάνω εξίσωση.
Το αποτελεσματικό διάφραγμα θα είναι μια χρήσιμη ιδέα για τον υπολογισμό της λαμβανόμενης ισχύος από ένα επίπεδο κύμα.Για να το δείτε στην πράξη, μεταβείτε στην επόμενη ενότητα σχετικά με τον τύπο μετάδοσης Friis.
Η εξίσωση μετάδοσης Friis
Σε αυτή τη σελίδα, παρουσιάζουμε μια από τις πιο θεμελιώδεις εξισώσεις στη θεωρία κεραιών, τηνΕξίσωση μετάδοσης Friis.Η εξίσωση μετάδοσης Friis χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ισχύος που λαμβάνεται από μία κεραία (με απολαβήG1), όταν μεταδίδεται από άλλη κεραία (με απολαβήG2), χωρίζονται από απόστασηRκαι λειτουργεί σε συχνότηταfή μήκους κύματος λάμδα.Αυτή η σελίδα αξίζει να διαβαστεί μερικές φορές και πρέπει να γίνει πλήρως κατανοητή.
Παραγωγή της φόρμουλας μετάδοσης Friis
Για να ξεκινήσετε την εξαγωγή της εξίσωσης Friis, θεωρήστε δύο κεραίες σε ελεύθερο χώρο (χωρίς εμπόδια κοντά) που χωρίζονται από απόστασηR:
Ας υποθέσουμε ότι ()Watt συνολικής ισχύος παραδίδονται στην κεραία εκπομπής.Προς το παρόν, υποθέστε ότι η κεραία εκπομπής είναι πανκατευθυντική, χωρίς απώλειες και ότι η κεραία λήψης βρίσκεται στο μακρινό πεδίο της κεραίας εκπομπής.Στη συνέχεια η πυκνότητα ισχύοςp(σε Watt ανά τετραγωνικό μέτρο) του επιπέδου κύματος που προσπίπτει στην κεραία λήψης μια απόστασηRαπό την κεραία εκπομπής δίνεται από:
Εικόνα 1. Κεραίες εκπομπής (Tx) και λήψης (Rx) χωρισμένες μεR.
Εάν η κεραία εκπομπής έχει κέρδος κεραίας προς την κατεύθυνση της κεραίας λήψης που δίνεται από (（) , τότε η παραπάνω εξίσωση πυκνότητας ισχύος γίνεται:
Ο όρος κέρδος επηρεάζει την κατευθυντικότητα και τις απώλειες μιας πραγματικής κεραίας.Ας υποθέσουμε τώρα ότι η κεραία λήψης έχει ένα ενεργό διάφραγμα που δίνεται από().Τότε η ισχύς που λαμβάνει αυτή η κεραία ( ) δίνεται από:
Επειδή το ενεργό διάφραγμα για οποιαδήποτε κεραία μπορεί επίσης να εκφραστεί ως:
Η λαμβανόμενη ισχύς που προκύπτει μπορεί να γραφτεί ως:
Εξίσωση 1
Αυτό είναι γνωστό ως Formula μετάδοσης Friis.Συσχετίζει την απώλεια διαδρομής ελεύθερου χώρου, τα κέρδη της κεραίας και το μήκος κύματος με τις δυνάμεις λήψης και εκπομπής.Αυτή είναι μια από τις θεμελιώδεις εξισώσεις στη θεωρία της κεραίας, και πρέπει να θυμόμαστε (όπως και την παραπάνω παραγωγή).
Μια άλλη χρήσιμη μορφή της εξίσωσης μετάδοσης Friis δίνεται στην Εξίσωση [2].Δεδομένου ότι το μήκος κύματος και η συχνότητα f σχετίζονται με την ταχύτητα του φωτός c (δείτε τη σελίδα εισαγωγής στη συχνότητα), έχουμε τον τύπο μετάδοσης Friis ως προς τη συχνότητα:
Εξίσωση 2
Η εξίσωση [2] δείχνει ότι χάνεται περισσότερη ισχύς σε υψηλότερες συχνότητες.Αυτό είναι ένα θεμελιώδες αποτέλεσμα της εξίσωσης μετάδοσης Friis.Αυτό σημαίνει ότι για κεραίες με καθορισμένα κέρδη, η μεταφορά ενέργειας θα είναι υψηλότερη σε χαμηλότερες συχνότητες.Η διαφορά μεταξύ της ισχύος που λαμβάνεται και της μεταδιδόμενης ισχύος είναι γνωστή ως απώλεια διαδρομής.Λέγεται με διαφορετικό τρόπο, η εξίσωση μετάδοσης Friis λέει ότι η απώλεια διαδρομής είναι μεγαλύτερη για υψηλότερες συχνότητες.Η σημασία αυτού του αποτελέσματος από τη Formula μετάδοσης Friis δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί.Αυτός είναι ο λόγος που τα κινητά τηλέφωνα λειτουργούν γενικά σε λιγότερο από 2 GHz.Μπορεί να υπάρχει περισσότερο διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων σε υψηλότερες συχνότητες, αλλά η σχετική απώλεια διαδρομής δεν θα επιτρέψει την ποιοτική λήψη.Ως περαιτέρω συνέπεια της εξίσωσης μετάδοσης Friss, ας υποθέσουμε ότι σας ρωτούν για κεραίες 60 GHz.Σημειώνοντας ότι αυτή η συχνότητα είναι πολύ υψηλή, μπορείτε να δηλώσετε ότι η απώλεια διαδρομής θα είναι πολύ υψηλή για επικοινωνία μεγάλης εμβέλειας - και έχετε απόλυτο δίκιο.Σε πολύ υψηλές συχνότητες (η περιοχή τωνΑυτό συμβαίνει όταν ο δέκτης και ο πομπός βρίσκονται στο ίδιο δωμάτιο και ο ένας απέναντι στον άλλο.Ως περαιτέρω συμπλήρωμα του Friis Transmission Formula, πιστεύετε ότι οι πάροχοι κινητής τηλεφωνίας είναι ευχαριστημένοι με τη νέα ζώνη LTE (4G), που λειτουργεί στα 700 MHz;Η απάντηση είναι ναι: αυτή είναι μια χαμηλότερη συχνότητα από ό,τι οι κεραίες λειτουργούν παραδοσιακά, αλλά από την εξίσωση [2], σημειώνουμε ότι η απώλεια διαδρομής θα είναι επομένως επίσης χαμηλότερη.Ως εκ τούτου, μπορούν να "καλύψουν περισσότερο έδαφος" με αυτό το φάσμα συχνοτήτων και ένα στέλεχος της Verizon Wireless πρόσφατα αποκάλεσε αυτό το "φάσμα υψηλής ποιότητας", ακριβώς για αυτόν τον λόγο.Πλευρική σημείωση: Από την άλλη πλευρά, οι κατασκευαστές κινητών τηλεφώνων θα πρέπει να τοποθετήσουν μια κεραία με μεγαλύτερο μήκος κύματος σε μια συμπαγή συσκευή (χαμηλότερη συχνότητα = μεγαλύτερο μήκος κύματος), οπότε η δουλειά του σχεδιαστή κεραίας έγινε λίγο πιο περίπλοκη!
Τέλος, εάν οι κεραίες δεν ταιριάζουν με την πόλωση, η παραπάνω λαμβανόμενη ισχύς θα μπορούσε να πολλαπλασιαστεί με τον Συντελεστή Απώλειας Πόλωσης (PLF) για να ληφθεί σωστά υπόψη αυτή η αναντιστοιχία.Η παραπάνω εξίσωση [2] μπορεί να τροποποιηθεί για να παραχθεί ένας γενικευμένος τύπος μετάδοσης Friis, ο οποίος περιλαμβάνει αναντιστοιχία πόλωσης:
Εξίσωση 3
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-08-2024
