En nyttig parameter til beregning af modtageeffekten af en antenne ereffektivt områdeellereffektiv blænde.Antag, at en plan bølge med samme polarisering som modtageantennen falder ind på antennen.Antag endvidere, at bølgen bevæger sig mod antennen i antennens retning af maksimal stråling (den retning, hvorfra den mest effekt ville blive modtaget).
Dereftereffektiv blændeparameter beskriver, hvor meget strøm der fanges fra en given plan bølge.Ladepvære effekttætheden af den plane bølge (i W/m^2).HvisP_trepræsenterer effekten (i watt) ved de antenneterminaler, der er tilgængelige for antennens modtager, så:
Derfor repræsenterer det effektive område simpelthen, hvor meget strøm der fanges fra planbølgen og leveres af antennen.Dette område medregner tabene iboende til antennen (ohmske tab, dielektriske tab osv.).
En generel sammenhæng for den effektive blænde i form af spidsantenneforstærkningen (G) for enhver antenne er givet ved:
Effektiv blænde eller effektivt areal kan måles på faktiske antenner ved sammenligning med en kendt antenne med en given effektiv blænde, eller ved beregning ved hjælp af den målte forstærkning og ovenstående ligning.
Effektiv blænde vil være et nyttigt koncept til at beregne modtaget effekt fra en plan bølge.For at se dette i aktion, gå til næste afsnit om Friis transmissionsformlen.
Friis-transmissionsligningen
På denne side introducerer vi en af de mest fundamentale ligninger inden for antenneteori, denFriis transmissionsligning.Friis-transmissionsligningen bruges til at beregne den effekt, der modtages fra én antenne (med forstærkningG1), når den transmitteres fra en anden antenne (med forstærkningG2), adskilt af en afstandRog opererer med frekvensfeller bølgelængde lambda.Denne side er værd at læse et par gange og bør forstås fuldt ud.
Afledning af Friis transmissionsformel
For at begynde udledningen af Friis-ligningen skal du overveje to antenner i frit rum (ingen forhindringer i nærheden) adskilt af en afstandR:
Antag, at （）Watt af den samlede effekt leveres til sendeantennen.Antag i øjeblikket, at sendeantennen er rundstrålende, tabsfri, og at modtageantennen er i det fjerne felt af sendeantennen.Derefter effekttæthedenp(i watt pr. kvadratmeter) af den plane bølge, der falder ind på modtagerantennen en afstandRfra sendeantennen er givet af:
Figur 1. Sende (Tx) og modtage (Rx) antenner adskilt afR.
Hvis sendeantennen har en antenneforstærkning i retning af modtageantennen givet af ( ), så bliver effekttæthedsligningen ovenfor:
Forstærkningsleddet faktorer i retningsbestemmelsen og tabene af en rigtig antenne.Antag nu, at modtageantennen har en effektiv blænde givet af().Så er den effekt, der modtages af denne antenne ( ), givet af:
Da den effektive blænde for enhver antenne også kan udtrykkes som:
Den resulterende modtagne effekt kan skrives som:
Ligning 1
Dette er kendt som Friis transmissionsformlen.Det relaterer tabet af frirumsvej, antenneforstærkninger og bølgelængde til de modtagne og sendeeffekter.Dette er en af de grundlæggende ligninger i antenneteori og bør huskes (såvel som udledningen ovenfor).
En anden nyttig form for Friis-transmissionsligningen er givet i ligning [2].Da bølgelængde og frekvens f er relateret til lysets hastighed c (se introduktion til frekvenssiden), har vi Friis transmissionsformlen med hensyn til frekvens:
Ligning 2
Ligning [2] viser, at der går mere strøm tabt ved højere frekvenser.Dette er et grundlæggende resultat af Friis-transmissionsligningen.Det betyder, at for antenner med specificerede forstærkninger vil energioverførslen være højest ved lavere frekvenser.Forskellen mellem den modtagne effekt og den transmitterede effekt er kendt som vejtab.Sagt på en anden måde siger Friis Transmission Equation, at vejtabet er højere for højere frekvenser.Betydningen af dette resultat fra Friis Transmission Formula kan ikke overvurderes.Dette er grunden til, at mobiltelefoner generelt fungerer ved mindre end 2 GHz.Der kan være mere frekvensspektrum tilgængeligt ved højere frekvenser, men det tilhørende vejtab vil ikke muliggøre kvalitetsmodtagelse.Som en yderligere konsekvens af Friss Transmission Equation, antag, at du bliver spurgt om 60 GHz-antenner.Når du bemærker, at denne frekvens er meget høj, kan du sige, at stitabet vil være for højt til langdistancekommunikation - og du har fuldstændig ret.Ved meget høje frekvenser (60 GHz omtales nogle gange som mm (millimeter bølge) regionen), er vejtabet meget højt, så kun punkt-til-punkt kommunikation er mulig.Dette sker, når modtageren og senderen er i samme rum og vender mod hinanden.Som en yderligere følge af Friis Transmission Formula, tror du, at mobiltelefonoperatørerne er glade for det nye LTE (4G) bånd, der opererer ved 700MHz?Svaret er ja: dette er en lavere frekvens end antenner traditionelt opererer med, men fra ligning [2] bemærker vi, at vejtabet derfor også vil være lavere.Derfor kan de "dække mere jord" med dette frekvensspektrum, og en Verizon Wireless-chef kaldte for nylig dette "højkvalitetsspektrum", netop af denne grund.Sidebemærkning: På den anden side bliver mobiltelefonproducenterne nødt til at montere en antenne med en større bølgelængde i en kompakt enhed (lavere frekvens = større bølgelængde), så antennedesignerens job blev lidt mere kompliceret!
Endelig, hvis antennerne ikke er polarisationsmatchede, kunne ovennævnte modtagne effekt multipliceres med polarisationstabsfaktoren (PLF) for korrekt at tage højde for denne uoverensstemmelse.Ligning [2] ovenfor kan ændres for at producere en generaliseret Friis-transmissionsformel, som inkluderer polarisationsmismatch:
Ligning 3
Indlægstid: Jan-08-2024
