Hvad er den effektive blændeåbning af en antenne?
Deeffektiv blændeåbning af en antenne, også kaldeteffektivt område (Ae), beskriver hvor effektivt en modtageantenne opfanger strøm fra en indfaldende elektromagnetisk bølge. Det er et tilsvarende modtageområde, ikke nødvendigvis antennens fysiske åbning.
For en polarisationsmatchet planbølge, der ankommer fra retningen af maksimal modtagelse, forbinder den effektive apertur den indfaldende effekttæthed med den effekt, der er tilgængelig ved antenneterminalerne.
If Ser den indfaldende effekttæthed i W/m2ogPrer den tilgængelige modtagne effekt i watt, så:
Pr= SAe
En større effektiv blænde opsamler mere strøm fra det samme indfaldsfelt, forudsat at ankomstretningen og polarisationen er justeret.
Effektiv apertur tager højde for strålingseffektivitet og andre antennetab, herunder tab af ledere og dielektriske stoffer. Den måler derfor brugbar modtageydelse snarere end kun fysisk størrelse. Apertureffektivitet, impedansmismatch og polarisationsmismatch kan alle reducere den effekt, der leveres til modtageren.
Effektiv blændeformel og antenneforstærkning
Den maksimale effektive blændeåbning for enhver antenne er relateret til dens forstærkningGog bølgelængdeλved:
Ae= Gλ2/(4π)
Brug forstærkning som et lineært forhold, ikke dBi, i denne ligning. Omregn forstærkning medG = 10G(dBi)/10Fordi bølgelængden er lig medc/f, den effektive blændeåbning falder med stigende frekvens, når forstærkningen holdes konstant.
Omvendt kan antenner med samme fysiske blændeåbning opnå højere forstærkning ved kortere bølgelængder, når blændeeffektiviteten forbliver sammenlignelig. Dette forhold hjælper ingeniører med at sammenligne modtagekapacitet på tværs af frekvenser.
Hvor effektiv blændeåbning bestemmes
Effektiv apertur kan beregnes ud fra målt forstærkning, bestemt ved sammenligning med en referenceantenne, eller udledes fra kalibrerede målinger af modtageeffekt. Resultatet er nyttigt i linkbudgetter, antennemålinger og estimater af systemfølsomhed.
Til måleapplikationer, udforsk RF MISO'erStandardforstærkningshornantenner, som giver kendt forstærkning over specificerede frekvensbånd.
Brug af effektiv blændeåbning i Friis-transmissionsligningen
DeFriis transmissionsligningForbinder transmitteret effekt, antenneforstærkninger, bølgelængde og separationsafstand i et frit fjernfeltslink. For transmitterforstærkningGt, modtagerforstærkningGr, bølgelængdeλog afstandR, den estimerer den tilgængelige effekt ved modtagerantennen.
Brug afPr= SAegør rollen af modtagerens effektive apertur eksplicit: den sendende antenne etablerer effekttætheden ved modtageren, og den modtagende antenne konverterer en del af dette felt til terminaleffekt.
Udledning af Friis-transmissionsformlen
Overvej to antenner adskilt af afstandRi uhindret frit rum. Modtagerantennen skal være i senderens fjernfelt, og antennerne skal være justeret i retning og polarisering.
If PtNår watt leveres til en ideel isotropisk sendeantenne, spredes effekten over overfladen af en kugle. På afstandR, den indfaldende effekttæthed er:
Figur 1. Sende- (Tx) og modtage- (Rx) antenner adskilt afR.
For en praktisk sendeantenne med forstærkningGtmod modtageren, øges den indfaldende effekttæthed med den forstærkningsfaktor:
Hvis modtagerantennen har en effektiv blændeåbningAe, den tilgængelige modtagne effekt er den indfaldende effekttæthed ganget medAe:
Hvis man erstatter modtagerantennen med forstærknings-aperturforholdet, får man:
Den modtagne effekt kan derfor skrives i den velkendte frirumsform:
Ligning 1.Friis transmissionsligning med hensyn til bølgelængde.
Ligning 1relaterer sig til sendeeffekt, antenneforstærkninger, bølgelængde og separationsafstand. Det gælder for frirumsudbredelse i synslinje i fjernfeltet. Virkelige systemer kræver yderligere termer for kabeltab, stiktab, pegefejl, atmosfærisk dæmpning og andre udbredelseseffekter.
Frekvensformen af Friis-ligningen
Fordiλ = c/f, kan ligningen også udtrykkes som frekvens:
Ligning 2.Friis transmissionsligning med hensyn til frekvens.
Hvordan frekvens påvirker modtaget effekt
Når antenneforstærkninger og afstand holdes konstante, forudsiger Friis-ligningen lavere modtaget effekt, når frekvensen stiger, fordi bølgelængden bliver kortere. Denne sammenligning antager de samme forstærkningsværdier ved hver frekvens.
For antenner med en fast fysisk apertur øges forstærkningen dog generelt, når bølgelængden falder. Højfrekvente og millimeterbølgeforbindelser kan derfor opnå stærk ydeevne med retningsbestemte antenner med høj forstærkning, forudsat at forbindelsesbudgettet også tager højde for pegepræcision, atmosfærisk absorption, regn og hardwaretab.
Brug Friis-ligningen som en frirumsreference snarere end en komplet udbredelsesmodel. Den forudsætter fjernfeltsdrift, uhindret sigtelinje og korrekt justerede antenner.
Polariseringsfejl
Hvis sende- og modtageantennerne ikke er polarisationsafstemte, skal den ideelle modtagne effekt ganges med polarisationstabsfaktoren (PLF). For normaliserede polarisationsvektorer ligger PLF fra 0 til 1; en værdi på 1 repræsenterer perfekt matching. Den generaliserede form nedenfor inkluderer dette mismatch-led.
Ligning 3.Generaliseret Friis transmissionsligning inklusive polarisationsmismatch.
Vigtige konklusioner
- Effektiv blænde omdanner indfaldende effekttæthed til tilgængelig modtaget effekt.
- For vindingGog bølgelængdeλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Brug lineær forstærkning, ikke dBi, i apertur- og Friis-beregninger.
- Friis gælder for fjernfeltsforbindelser i frit rum med synsfelt; praktiske linkbudgetter kræver yderligere tab.
RF MISO levererStandardforstærkningshornantennerog andre RF-antenneløsninger til måling, kalibrering og systemintegration.Kontakt RF MISOfor at diskutere frekvensområde, forstærkning og interfacekrav.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Opslagstidspunkt: 8. januar 2024
