chủ yếu

Khẩu độ hiệu dụng của ăng-ten

Một tham số hữu ích tính toán công suất thu của anten làkhu vực hiệu quảhoặckhẩu độ hiệu quả.Giả sử rằng một sóng phẳng có cùng độ phân cực với anten thu được truyền tới anten.Giả sử thêm rằng sóng đang truyền về phía ăng-ten theo hướng bức xạ cực đại của ăng-ten (hướng mà từ đó sẽ nhận được nhiều năng lượng nhất).

Sau đókhẩu độ hiệu quảtham số mô tả mức năng lượng được thu từ một sóng phẳng nhất định.Cho phépplà mật độ công suất của sóng phẳng (tính bằng W/m^2).Nếu nhưP_tbiểu thị công suất (tính bằng Watt) tại các cực ăng-ten có sẵn cho bộ thu của ăng-ten, sau đó:

2

Do đó, vùng hiệu dụng chỉ đơn giản biểu thị mức năng lượng được thu từ sóng phẳng và được ăng-ten phân phối.Diện tích này gây ra tổn thất nội tại của ăng-ten (tổn hao ohm, tổn thất điện môi, v.v.).

Mối quan hệ chung về khẩu độ hiệu dụng xét theo mức tăng anten cực đại (G) của bất kỳ anten nào được đưa ra bởi:

3

Khẩu độ hiệu dụng hoặc diện tích hiệu dụng có thể được đo trên ăng-ten thực tế bằng cách so sánh với ăng-ten đã biết có khẩu độ hiệu dụng nhất định hoặc bằng cách tính toán sử dụng mức tăng ích 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 hoạt động, hãy chuyển sang phần tiếp theo về công thức truyền Friis.

Phương trình truyền Friis

Trong trang này, chúng tôi giới thiệu một trong những phương trình cơ bản nhất trong lý thuyết anten, phương trìnhPhương trình truyền Friis.Phương trình truyền Friis được sử dụng để tính toán công suất nhận được từ một ăng-ten (với mức tăngG1), khi được truyền từ một ăng-ten khác (với độ lợiG2), cách nhau một khoảngRvà hoạt động ở tần sốfhoặc bước sóng lambda.Trang này đáng để đọc một vài lần và cần được hiểu đầy đủ.

Đạo hàm của công thức truyền Friis

Để bắt đầu suy ra phương trình Friis, hãy xem xét hai ăng-ten trong không gian trống (không có vật cản ở gần) cách nhau một khoảngR:

4

Giả sử rằng ( ) tổng công suất được truyền tới anten phát.Hiện tại, giả sử rằng ăng-ten phát là đa hướng, không bị suy hao và ăng-ten thu nằm trong trường xa của ăng-ten phát.Khi đó mật độ năng lượngp(tính bằng Watt trên mét vuông) của sóng phẳng tới ăng ten thu một khoảng cáchRtừ anten phát được cho bởi:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Hình 1. Ăng-ten truyền (Tx) và nhận (Rx) được phân tách bằngR.

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 ảnh hưởng đến tính định hướng và suy hao của anten thực.Giả sử bây giờ anten 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 ăng-ten nào cũng có thể được biểu thị bằng:

số 8

Công suất nhận được có thể được viết là:

9

Phương trình 1

Đây được gọi là Công thức truyền Friis.Nó liên quan đến suy 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 đạo hàm 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 hệ với tốc độ ánh sáng c (xem phần giới thiệu trang tần số), nên chúng ta có Công thức truyền Friis về tần số:

10

Phương trình 2

Phương trình [2] cho thấy năng lượng bị mất nhiều hơn ở tần số cao hơn.Đây là kết quả cơ bản của Phương trình truyền Friis.Điều này có nghĩa là đối với các ăng-ten có mức tăng ích xác định, mức 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 theo một cách khác, Phương trình truyền Friis nói rằng suy hao đường truyền sẽ cao hơn ở tần số cao hơn.Tầm quan trọng của kết quả này từ Công thức truyền Friis không thể bị phóng đại.Đây 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 dẫn liên quan sẽ không cho phép thu chất lượng.Như một hệ quả nữa của Phương trình truyền Friss, giả sử bạn được hỏi về ăng-ten 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 milimet), suy hao đường truyền rất cao, do đó chỉ có thể thực hiện liên lạc điểm-điểm.Điều này xảy ra khi máy thu và máy phát ở trong cùng một phòng và đối diện nhau.Như một hệ quả tất yếu hơn nữa của Công thức truyền tải Friis, bạn có nghĩ rằng các nhà khai thác điện thoại di động hài lòng về băng tần LTE (4G) mới hoạt động ở tần số 700 MHz không?Câu trả lời là có: đây là tần số thấp hơn so với tần số hoạt động truyền thống của ăng-ten, nhưng từ phương trình [2], chúng tôi lưu ý rằng suy hao đường truyền do đó cũng sẽ thấp hơn.Do đó, họ có thể "bao quát nhiều mặt đất 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 bên lề: Mặt khác, các nhà sản xuất điện thoại di động sẽ phải lắp ăng-ten có bước sóng lớn hơn trong một thiết bị nhỏ gọn (tần số thấp hơn = bước sóng lớn hơn), do đó công việc của nhà thiết kế ăng-ten trở nên phức tạp hơn một chút!

Cuối cùng, nếu các ăng-ten không khớp với độ phân cực, công suất nhận được ở trên có thể được nhân với Hệ số tổn thất phân cực (PLF) để giải thích chính xác cho sự không khớp này.Phương trình [2] ở trên có thể được thay 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

Điện thoại: 0086-028-82695327

Trang web: www.rf-miso.com


Thời gian đăng: Jan-08-2024

Nhận bảng dữ liệu sản phẩm