Каква е ефективната апертура на антената?
Theефективна апертура на антена, наричан ощеефективна площ (Ae), описва колко ефективно приемащата антена улавя мощност от падаща електромагнитна вълна. Това е еквивалентна зона за приемане, а не непременно физическият отвор на антената.
За поляризационно съгласувана плоска вълна, пристигаща от посоката на максимално приемане, ефективната апертура свързва плътността на падащата мощност с мощността, налична на клемите на антената.
If Sе плътността на падащата мощност във W/m²2иPrе наличната получена мощност във ватове, тогава:
Pr= САe
По-голяма ефективна апертура събира повече мощност от същото падащо поле, при условие че посоката на пристигане и поляризацията са подравнени.
Ефективната апертура отчита радиационната ефективност и други загуби на антената, включително загубите в проводниците и диелектричните системи. Следователно тя измерва използваемата приемаща способност, а не само физическия размер. Ефективността на апертурата, несъответствието на импеданса и несъответствието на поляризацията могат да намалят мощността, доставяна на приемника.
Формула за ефективна апертура и усилване на антената
Максималната ефективна апертура на всяка антена е свързана с нейното усилване.Gи дължина на вълнатаλот:
Ae= Gλ2/(4π)
Използвайте усилването като линейно съотношение, а не dBi, в това уравнение. Преобразувайте усилването сГ = 10G(dBi)/10Защото дължината на вълната е равнас/ф, ефективната бленда намалява с увеличаване на честотата, когато усилването се поддържа постоянно.
Обратно, антените с еднаква физическа апертура могат да постигнат по-високо усилване при по-къси дължини на вълната, когато ефективността на апертурата остава сравнима. Тази връзка помага на инженерите да сравняват възможностите за приемане в различните честоти.
Как се определя ефективната апертура
Ефективната апертура може да се изчисли от измереното усилване, да се определи чрез сравнение с референтна антена или да се изведе от калибрирани измервания на приеманата мощност. Резултатът е полезен при бюджетиране на връзките, измервания на антените и оценки на чувствителността на системата.
За приложения за измерване, разгледайте RF MISOстандартни рупорни антени със усилване, които осигуряват известно усилване в определени честотни ленти.
Използване на ефективна апертура в уравнението за предаване на Фрийс
TheУравнение на предаването на Фрийссвързва предаваната мощност, усилването на антената, дължината на вълната и разстоянието на разделяне в далечна връзка в свободно пространство. За усилване на предавателяGt, усилване на приемникаGr, дължина на вълнатаλи разстояниеR, той оценява мощността, налична на приемащата антена.
ИзползванеPr= САeправи изрично ролята на ефективната апертура на приемане: предавателната антена установява плътността на мощността при приемника, а приемащата антена преобразува част от това поле в терминална мощност.
Извеждане на формулата за предаване на Фрийс
Да разгледаме две антени, разположени на разстояние един от другRв свободно пространство без препятствия. Приемната антена трябва да е в далечното поле на предавателя, а антените трябва да са подравнени по посока и поляризация.
If PtКогато ватовете се подават към идеална изотропна предавателна антена, мощността се разпространява по повърхността на сфера. На разстояниеR, плътността на падащата мощност е:
Фигура 1. Предавателна (Tx) и приемаща (Rx) антена, разделени отR.
За практична предавателна антена с усилванеGtкъм приемника, плътността на падащата мощност се увеличава с този коефициент на усилване:
Ако приемащата антена има ефективна апертураAe, наличната приета мощност е плътността на падащата мощност, умножена поAe:
Заместването на съотношението усилване-апертура за приемащата антена дава:
Следователно, получената мощност може да бъде записана в познатата форма за свободно пространство:
Уравнение 1.Уравнение на предаване на Friis по отношение на дължината на вълната.
Уравнение 1свързва предавателната мощност, усилването на антената, дължината на вълната и разстоянието на разделяне. Валидно е за разпространение в свободно пространство по линията на видимост в далечното поле. Реалните системи изискват допълнителни термини за загуба на кабел, загуба на конектор, грешка в насочването, атмосферно затихване и други ефекти на разпространението.
Честотна форма на уравнението на Фрийс
Защотоλ = c/f, уравнението може да се изрази и чрез честота:
Уравнение 2.Уравнението на Фрийс за предаване по отношение на честотата.
Как честотата влияе на приеманата мощност
Когато коефициентите на усилване и разстоянието на антената се поддържат постоянни, уравнението на Фрийс предсказва по-ниска приемана мощност с увеличаване на честотата, тъй като дължината на вълната става по-къса. Това сравнение приема едни и същи стойности на усилване на всяка честота.
За антени с фиксирана физическа апертура обаче, усилването обикновено се увеличава с намаляване на дължината на вълната. Следователно високочестотните и милиметровите вълнови връзки могат да постигнат висока производителност с насочени антени с висок коефициент на усилване, при условие че бюджетът на връзката отчита и точността на насочване, атмосферното поглъщане, дъжда и загубите от хардуер.
Използвайте уравнението на Фрийс като отправна точка в свободното пространство, а не като пълен модел на разпространение. То предполага работа в далечно поле, безпрепятствена пряка видимост и правилно подравнени антени.
Несъответствие на поляризацията
Ако предаващата и приемащата антена не са поляризационно съгласувани, умножете идеалната приемана мощност по коефициента на поляризационни загуби (PLF). За нормализирани вектори на поляризация, PLF варира от 0 до 1; стойност 1 представлява перфектно съгласуване. Обобщената форма по-долу включва този термин за несъответствие.
Уравнение 3.Обобщено уравнение на предаване на Фрийс, включващо несъответствие на поляризацията.
Ключови изводи
- Ефективната апертура преобразува плътността на падащата мощност в наличната приета мощност.
- За печалбаGи дължина на вълнатаλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Използвайте линейно усилване, а не dBi, при изчисленията на апертурата и Friis.
- Фриис се прилага за връзки в далечно поле и свободно пространство по права линия на видимост; практическите бюджети за връзки изискват допълнителни загуби.
RF MISO предоставястандартни рупорни антени със усилванеи други RF антенни решения за измерване, калибриране и системна интеграция.Свържете се с RF MISOда обсъдим честотния диапазон, усилването и изискванията за интерфейс.
Имейл:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Време на публикуване: 08.01.2024 г.
