Ποιο είναι το ενεργό άνοιγμα μιας κεραίας;
Οαποτελεσματικό άνοιγμα κεραίας, που ονομάζεται επίσηςαποτελεσματική περιοχή (Ae), περιγράφει πόσο αποτελεσματικά μια κεραία λήψης συλλαμβάνει ενέργεια από ένα προσπίπτον ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Είναι μια ισοδύναμη περιοχή λήψης, όχι απαραίτητα το φυσικό άνοιγμα της κεραίας.
Για ένα επίπεδο κύμα αντιστοιχισμένο στην πόλωση που φτάνει από την κατεύθυνση της μέγιστης λήψης, το αποτελεσματικό άνοιγμα συνδέει την πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος με την ισχύ που είναι διαθέσιμη στους ακροδέκτες της κεραίας.
If Sείναι η πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος σε W/m2καιPrείναι η διαθέσιμη λαμβανόμενη ισχύς σε watt, τότε:
Pr= Α.Ε.e
Ένα μεγαλύτερο αποτελεσματικό διάφραγμα συλλέγει περισσότερη ισχύ από το ίδιο προσπίπτον πεδίο, υπό την προϋπόθεση ότι η κατεύθυνση άφιξης και η πόλωση είναι ευθυγραμμισμένες.
Το ενεργό διάφραγμα λαμβάνει υπόψη την απόδοση ακτινοβολίας και άλλες απώλειες κεραίας, συμπεριλαμβανομένων των απωλειών αγωγιμότητας και διηλεκτρικού. Επομένως, μετρά την αξιοποιήσιμη απόδοση λήψης και όχι μόνο το φυσικό μέγεθος. Η απόδοση διαφράγματος, η αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης και η αναντιστοιχία πόλωσης μπορούν να μειώσουν την ισχύ που παρέχεται στον δέκτη.
Αποτελεσματικός τύπος διαφράγματος και κέρδος κεραίας
Το μέγιστο αποτελεσματικό άνοιγμα οποιασδήποτε κεραίας σχετίζεται με το κέρδος τηςGκαι μήκος κύματοςλμε:
Ae= Gλ2/(4π)
Χρησιμοποιήστε το κέρδος ως γραμμική αναλογία, όχι dBi, σε αυτήν την εξίσωση. Μετατρέψτε το κέρδος μεG = 10G(dBi)/10Επειδή το μήκος κύματος ισούται μεκ/φ, το αποτελεσματικό διάφραγμα μειώνεται με την αυξανόμενη συχνότητα όταν το κέρδος διατηρείται σταθερό.
Αντίθετα, οι κεραίες με το ίδιο φυσικό διάφραγμα μπορούν να επιτύχουν υψηλότερο κέρδος σε μικρότερα μήκη κύματος όταν η απόδοση του διαφράγματος παραμένει συγκρίσιμη. Αυτή η σχέση βοηθά τους μηχανικούς να συγκρίνουν την ικανότητα λήψης σε όλες τις συχνότητες.
Πώς καθορίζεται το αποτελεσματικό διάφραγμα
Το ενεργό διάφραγμα μπορεί να υπολογιστεί από το μετρούμενο κέρδος, να προσδιοριστεί μέσω σύγκρισης με μια κεραία αναφοράς ή να συναχθεί από βαθμονομημένες μετρήσεις ισχύος λήψης. Το αποτέλεσμα είναι χρήσιμο σε προϋπολογισμούς συνδέσμων, μετρήσεις κεραίας και εκτιμήσεις ευαισθησίας συστήματος.
Για εφαρμογές μέτρησης, εξερευνήστε τα RF MISO.τυπικές κεραίες κέρατος κέρατος, τα οποία παρέχουν γνωστό κέρδος σε συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων.
Χρήση του Αποτελεσματικού Διαφράγματος στην Εξίσωση Μετάδοσης Friis
ΟΕξίσωση μετάδοσης Friisσυνδέει την εκπεμπόμενη ισχύ, τα κέρδη κεραίας, το μήκος κύματος και την απόσταση διαχωρισμού σε μια σύνδεση μακρινού πεδίου ελεύθερου χώρου. Για το κέρδος του πομπούGt, κέρδος δέκτηGr, μήκος κύματοςλκαι απόστασηR, εκτιμά την ισχύ που είναι διαθέσιμη στην κεραία λήψης.
ΧρησιμοποιώνταςPr= Α.Ε.eκαθιστά σαφή τον ρόλο του αποτελεσματικού διαφράγματος λήψης: η κεραία εκπομπής καθορίζει την πυκνότητα ισχύος στον δέκτη και η κεραία λήψης μετατρέπει μέρος αυτού του πεδίου σε ισχύ τερματικού.
Παραγωγή του τύπου μετάδοσης Friis
Θεωρήστε δύο κεραίες που χωρίζονται από απόστασηRσε ελεύθερο χώρο χωρίς εμπόδια. Η κεραία λήψης πρέπει να βρίσκεται στο μακρινό πεδίο του πομπού και οι κεραίες πρέπει να είναι ευθυγραμμισμένες ως προς την κατεύθυνση και την πόλωση.
If Ptβατ μεταδίδονται σε μια ιδανική ισότροπη κεραία εκπομπής, η ισχύς διαχέεται στην επιφάνεια μιας σφαίρας. Σε απόστασηR, η πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος είναι:
Σχήμα 1. Κεραίες μετάδοσης (Tx) και λήψης (Rx) που χωρίζονται απόR.
Για μια πρακτική κεραία μετάδοσης με κέρδοςGtπρος τον δέκτη, η πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος αυξάνεται κατά αυτόν τον συντελεστή κέρδους:
Εάν η κεραία λήψης έχει ενεργό διάφραγμαAe, η διαθέσιμη λαμβανόμενη ισχύς είναι η πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος πολλαπλασιασμένη επίAe:
Αντικαθιστώντας την κεραία λήψης με τη σχέση κέρδους-διαφράγματος, προκύπτει:
Η λαμβανόμενη ισχύς μπορεί επομένως να γραφτεί στην γνωστή μορφή ελεύθερου χώρου:
Εξίσωση 1.Εξίσωση μετάδοσης Friis ως προς το μήκος κύματος.
Εξίσωση 1Συσχετίζει την ισχύ μετάδοσης, τα κέρδη κεραίας, το μήκος κύματος και την απόσταση διαχωρισμού. Ισχύει για διάδοση σε ελεύθερο χώρο με οπτική επαφή στο μακρινό πεδίο. Τα πραγματικά συστήματα απαιτούν πρόσθετους όρους για απώλεια καλωδίου, απώλεια σύνδεσης, σφάλμα σκόπευσης, ατμοσφαιρική εξασθένηση και άλλα φαινόμενα διάδοσης.
Μορφή συχνότητας της εξίσωσης Friis
Επειδήλ = c/f, η εξίσωση μπορεί επίσης να εκφραστεί ως προς τη συχνότητα:
Εξίσωση 2.Η εξίσωση μετάδοσης Friis ως προς τη συχνότητα.
Πώς επηρεάζει η συχνότητα την λαμβανόμενη ισχύ
Όταν τα κέρδη και η απόσταση της κεραίας διατηρούνται σταθερά, η εξίσωση Friis προβλέπει χαμηλότερη λαμβανόμενη ισχύ καθώς αυξάνεται η συχνότητα επειδή το μήκος κύματος γίνεται μικρότερο. Αυτή η σύγκριση υποθέτει τις ίδιες τιμές κέρδους σε κάθε συχνότητα.
Ωστόσο, για κεραίες με σταθερό φυσικό άνοιγμα, το κέρδος γενικά αυξάνεται καθώς μειώνεται το μήκος κύματος. Οι συνδέσεις υψηλής συχνότητας και χιλιοστομετρικού κύματος μπορούν επομένως να επιτύχουν ισχυρή απόδοση με κατευθυντικές κεραίες υψηλού κέρδους, υπό την προϋπόθεση ότι ο προϋπολογισμός σύνδεσης λαμβάνει επίσης υπόψη την ακρίβεια στόχευσης, την ατμοσφαιρική απορρόφηση, τη βροχή και τις απώλειες υλικού.
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Friis ως αναφορά ελεύθερου χώρου αντί για ένα πλήρες μοντέλο διάδοσης. Υποθέτει λειτουργία σε μακρινό πεδίο, ανεμπόδιστη οπτική επαφή και σωστά ευθυγραμμισμένες κεραίες.
Ασυμφωνία πόλωσης
Εάν οι κεραίες εκπομπής και λήψης δεν έχουν αντίστοιχη πόλωση, πολλαπλασιάστε την ιδανική ισχύ λήψης με τον συντελεστή απώλειας πόλωσης (PLF). Για κανονικοποιημένα διανύσματα πόλωσης, το PLF κυμαίνεται από 0 έως 1. Η τιμή 1 αντιπροσωπεύει τέλεια αντιστοίχιση. Η γενικευμένη μορφή που ακολουθεί περιλαμβάνει αυτόν τον όρο αναντιστοιχίας.
Εξίσωση 3.Γενικευμένη εξίσωση μετάδοσης Friis συμπεριλαμβανομένης της αναντιστοιχίας πόλωσης.
Βασικά σημεία
- Το ενεργό διάφραγμα μετατρέπει την πυκνότητα προσπίπτουσας ισχύος σε διαθέσιμη λαμβανόμενη ισχύ.
- Για κέρδοςGκαι μήκος κύματοςλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Χρησιμοποιήστε γραμμικό κέρδος, όχι dBi, στους υπολογισμούς διαφράγματος και Friis.
- Το Friis ισχύει για συνδέσμους ελεύθερου χώρου μακρινού πεδίου, με οπτική επαφή. Οι πρακτικοί προϋπολογισμοί συνδέσμων απαιτούν πρόσθετες απώλειες.
Το RF MISO παρέχειτυπικές κεραίες κέρατος κέρατοςκαι άλλες λύσεις κεραίας RF για μέτρηση, βαθμονόμηση και ενσωμάτωση συστήματος.Επικοινωνήστε με την RF MISOγια να συζητήσουμε το εύρος συχνοτήτων, το κέρδος και τις απαιτήσεις διεπαφής.
E-mail:info@rf-miso.com
Τηλέφωνο: 0086-028-82695327
Ώρα δημοσίευσης: 08 Ιανουαρίου 2024
