chủ yếu

Khẩu độ hiệu dụng của anten

Một thông số hữu ích để tính toán công suất thu của anten là...diện tích hiệu quảhoặckhẩu độ hiệu quảGiả sử một sóng phẳng có cùng phân cực với ăng-ten thu đang chiếu tới ăng-ten. Giả sử thêm rằng sóng đang truyền về phía ăng-ten theo hướng bức xạ cực đại của ăng-ten (hướng mà từ đó thu được công suất lớn nhất).

Sau đókhẩu độ hiệu quảTham số này mô tả lượng năng lượng thu được từ một sóng phẳng nhất định. Ví dụ:plà mật độ công suất của sóng phẳng (tính bằng W/m^2). NếuP_tBiểu thị công suất (tính bằng Watt) tại các đầu cực của anten cung cấp cho bộ thu của anten, thì:

2

Do đó, diện tích hiệu dụng chỉ đơn giản thể hiện lượng năng lượng được thu nhận từ sóng phẳng và truyền tải bởi anten. Diện tích này đã tính đến các tổn thất vốn có của anten (tổn thất điện trở, tổn thất điện môi, v.v.).

Mối quan hệ tổng quát cho khẩu độ hiệu dụng theo độ lợi cực đại (G) của bất kỳ anten nào được cho bởi:

3

Khẩu độ hiệu dụng hay diện tích hiệu dụng có thể được đo trên các ăng-ten thực tế bằng cách so sánh với một ăng-ten đã biết có khẩu độ hiệu dụng nhất định, hoặc bằng cách tính toán sử dụng độ lợi đo được và phương trình trên.

Khẩu độ hiệu dụng sẽ là một khái niệm hữu ích để tính toán công suất nhận được từ sóng phẳng. Để thấy điều này được áp dụng như thế nào, hãy chuyển sang phần tiếp theo về công thức truyền dẫn Friis.

Phương trình truyền Friis

Trên trang này, chúng tôi giới thiệu một trong những phương trình cơ bản nhất trong lý thuyết anten, đó là phương trình (EffectiveMeter), tức là...Phương trình truyền tải FriisPhương trình truyền dẫn Friis được sử dụng để tính toán công suất nhận được từ một anten (với độ lợi).G1), khi được truyền từ một ăng-ten khác (với độ lợi)G2), cách nhau một khoảng cáchRvà hoạt động ở tần sốfhoặc bước sóng lambda. Trang này đáng đọc vài lần và cần được hiểu đầy đủ.

Đạo hàm của công thức truyền Friis

Để bắt đầu quá trình thiết lập phương trình Friis, hãy xem xét hai ăng-ten trong không gian tự do (không có vật cản gần đó) cách nhau một khoảng cách nhất định.R:

4

Giả sử có tổng công suất ( )Watts được truyền đến anten phát. Hiện tại, giả sử anten phát là đa hướng, không tổn hao và anten thu nằm ở vùng xa của anten phát. Khi đó, mật độ công suấtp(tính bằng Watt trên mét vuông) của sóng phẳng chiếu vào anten thu ở khoảng cáchRTín hiệu từ ăng-ten phát được cho bởi:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Hình 1. Ăng-ten phát (Tx) và ăng-ten thu (Rx) được đặt cách nhau bởi...R.

5

Nếu anten phát có độ lợi anten theo hướng anten thu được cho bởi ( ) , thì phương trình mật độ công suất ở trên trở thành:

2
6

Hệ số khuếch đại tính đến tính định hướng và tổn hao của một ăng-ten thực tế. Giả sử bây giờ ăng-ten thu có khẩu độ hiệu dụng được cho bởi( )Khi đó, công suất mà ăng-ten này nhận được ( ) được cho bởi:

4
3
7

Vì khẩu độ hiệu dụng của bất kỳ anten nào cũng có thể được biểu diễn như sau:

8

Công suất nhận được có thể được viết như sau:

9

Phương trình 1

Đây được gọi là Công thức truyền dẫn Friis. Nó liên hệ tổn hao đường truyền trong không gian tự do, độ lợi anten và bước sóng với công suất thu và phát. Đây là một trong những phương trình cơ bản trong lý thuyết anten và cần được ghi nhớ (cũng như cách chứng minh ở trên).

Một dạng hữu ích khác của Phương trình Truyền Friis được đưa ra trong Phương trình [2]. Vì bước sóng và tần số f có liên quan đến nhau thông qua tốc độ ánh sáng c (xem trang giới thiệu về tần số), chúng ta có Công thức Truyền Friis theo tần số:

10

Phương trình 2

Phương trình [2] cho thấy công suất bị mất nhiều hơn ở tần số cao hơn. Đây là kết quả cơ bản của Phương trình Truyền tải Friis. Điều này có nghĩa là đối với các anten có độ lợi xác định, sự truyền năng lượng sẽ cao nhất ở tần số thấp hơn. Sự khác biệt giữa công suất nhận được và công suất truyền đi được gọi là suy hao đường truyền. Nói cách khác, Phương trình Truyền tải Friis cho biết suy hao đường truyền cao hơn ở tần số cao hơn. Tầm quan trọng của kết quả này từ Công thức Truyền tải Friis là không thể phủ nhận. Đó là lý do tại sao điện thoại di động thường hoạt động ở tần số dưới 2 GHz. Có thể có nhiều phổ tần hơn ở tần số cao hơn, nhưng suy hao đường truyền liên quan sẽ không cho phép thu sóng chất lượng. Là một hệ quả khác của Phương trình Truyền tải Friis, giả sử bạn được hỏi về anten 60 GHz. Lưu ý rằng tần số này rất cao, bạn có thể nói rằng suy hao đường truyền sẽ quá cao đối với liên lạc tầm xa - và bạn hoàn toàn đúng. Ở tần số rất cao (60 GHz đôi khi được gọi là vùng mm (sóng milimét)), suy hao đường truyền rất cao, vì vậy chỉ có thể liên lạc điểm-điểm. Điều này xảy ra khi máy thu và máy phát ở cùng một phòng và đối diện nhau. Là một hệ quả khác của Công thức Truyền tải Friis, bạn có nghĩ rằng các nhà mạng di động hài lòng với băng tần LTE (4G) mới, hoạt động ở tần số 700MHz không? Câu trả lời là có: đây là tần số thấp hơn so với tần số mà các ăng-ten thường hoạt động, nhưng từ Phương trình [2], chúng ta nhận thấy rằng tổn hao đường truyền do đó cũng sẽ thấp hơn. Do đó, họ có thể "phủ sóng nhiều hơn" với phổ tần số này, và một giám đốc điều hành của Verizon Wireless gần đây đã gọi đây là "phổ tần chất lượng cao", chính xác là vì lý do này. Lưu ý: Mặt khác, các nhà sản xuất điện thoại di động sẽ phải lắp một ăng-ten có bước sóng lớn hơn vào một thiết bị nhỏ gọn (tần số thấp hơn = bước sóng lớn hơn), vì vậy công việc của nhà thiết kế ăng-ten trở nên phức tạp hơn một chút!

Cuối cùng, nếu các anten không khớp phân cực, công suất nhận được ở trên có thể được nhân với Hệ số tổn hao phân cực (PLF) để tính toán chính xác sự không khớp này. Phương trình [2] ở trên có thể được sửa đổi để tạo ra Công thức truyền Friis tổng quát, bao gồm sự không khớp phân cực:

11

Phương trình 3

E-mail:info@rf-miso.com

Số điện thoại: 0086-028-82695327

Trang web: www.rf-miso.com


Thời gian đăng bài: 08/01/2024

Tải xuống bảng thông số kỹ thuật sản phẩm