Un parámetro útil para calcular a potencia de recepción dunha antena é ozona efectivaouapertura efectiva.Supón que unha onda plana coa mesma polarización que a antena de recepción incide sobre a antena.Supoña ademais que a onda viaxa cara á antena na dirección de máxima radiación da antena (a dirección desde a que se recibiría a maior potencia).
Despois oapertura efectivaO parámetro describe a cantidade de potencia que se capta dunha onda plana dada.Deixepser a densidade de potencia da onda plana (en W/m^2).SeP_trepresenta a potencia (en vatios) nos terminais das antenas dispoñibles para o receptor da antena, entón:
Polo tanto, a área efectiva simplemente representa a cantidade de enerxía que capta a onda plana e entrega a antena.Esta área ten en conta as perdas intrínsecas á antena (perdas óhmicas, perdas dieléctricas, etc.).
Unha relación xeral para a apertura efectiva en termos da ganancia máxima de antena (G) de calquera antena vén dada por:
A apertura efectiva ou área efectiva pódese medir en antenas reais por comparación cunha antena coñecida cunha abertura efectiva dada, ou mediante cálculo utilizando a ganancia medida e a ecuación anterior.
A apertura efectiva será un concepto útil para calcular a potencia recibida dunha onda plana.Para ver isto en acción, vai á seguinte sección sobre a fórmula de transmisión de Friis.
Ecuación de transmisión de Friis
Nesta páxina, introducimos unha das ecuacións máis fundamentais da teoría de antenas, aEcuación de transmisión de Friis.A ecuación de transmisión de Friis úsase para calcular a potencia recibida dunha antena (con gananciaG1), cando se transmite dende outra antena (con gananciaG2), separados por unha distanciaR, e funcionando en frecuenciafou lonxitude de onda lambda.Esta páxina paga a pena ler un par de veces e debe entenderse completamente.
Derivación da fórmula de transmisión de Friis
Para comezar a derivación da ecuación de Friis, considere dúas antenas en espazo libre (sen obstáculos nas proximidades) separadas por unha distancia.R:
Supón que （ ）Watts de potencia total son entregados á antena de transmisión.Polo momento, supoña que a antena de transmisión é omnidireccional, sen perdas e que a antena de recepción está no campo afastado da antena de transmisión.Despois a densidade de potenciap(en vatios por metro cadrado) da onda plana incidente na antena de recepción unha distanciaRda antena de transmisión vén dada por:
Figura 1. Antenas de transmisión (Tx) e de recepción (Rx) separadas porR.
Se a antena de transmisión ten unha ganancia de antena na dirección da antena de recepción dada por （ ） , entón a ecuación de densidade de potencia anterior pasa a ser:
O termo de ganancia ten en conta a direccionalidade e as perdas dunha antena real.Supoña agora que a antena de recepción ten unha apertura efectiva dada por（ ）.Entón a potencia recibida por esta antena ( ) vén dada por:
Dado que a apertura efectiva de calquera antena tamén se pode expresar como:
A potencia recibida resultante pódese escribir como:
Ecuación 1
Isto coñécese como Fórmula de transmisión de Friis.Relaciona a perda do camiño no espazo libre, as ganancias da antena e a lonxitude de onda coas potencias de recepción e transmisión.Esta é unha das ecuacións fundamentais na teoría de antenas, e debe lembrarse (así como a derivación anterior).
Outra forma útil da ecuación de transmisión de Friis dáse na ecuación [2].Dado que a lonxitude de onda e a frecuencia f están relacionadas coa velocidade da luz c (ver páxina de introdución á frecuencia), temos a fórmula de transmisión de Friis en termos de frecuencia:
Ecuación 2
A ecuación [2] mostra que se perde máis potencia a frecuencias máis altas.Este é un resultado fundamental da ecuación de transmisión de Friis.Isto significa que para as antenas con ganancias especificadas, a transferencia de enerxía será máis alta nas frecuencias máis baixas.A diferenza entre a potencia recibida e a potencia transmitida coñécese como perda de camiño.Dito doutro xeito, Friis Transmission Equation di que a perda de camiño é maior para frecuencias máis altas.Non se pode exagerar a importancia deste resultado da Fórmula de transmisión de Friis.É por iso que os teléfonos móbiles normalmente funcionan a menos de 2 GHz.Pode haber máis espectro de frecuencia dispoñible a frecuencias máis altas, pero a perda de ruta asociada non permitirá unha recepción de calidade.Como consecuencia adicional da ecuación de transmisión de Friss, supoña que se lle pregunta sobre antenas de 60 GHz.Tendo en conta que esta frecuencia é moi alta, podes afirmar que a perda do camiño será demasiado alta para a comunicación de longo alcance, e tes toda a razón.A frecuencias moi altas (60 GHz ás veces denomínase rexión mm (ondas milimétricas)), a perda de camiño é moi alta, polo que só é posible a comunicación punto a punto.Isto ocorre cando o receptor e o transmisor están no mesmo cuarto e enfrontados.Como complemento máis de Friis Transmission Formula, cres que os operadores de telefonía móbil están contentos coa nova banda LTE (4G), que funciona a 700 MHz?A resposta é si: esta é unha frecuencia máis baixa que a que operan tradicionalmente as antenas, pero a partir da ecuación [2], observamos que a perda de camiño tamén será menor.De aí que poidan "cubrir máis terreo" con este espectro de frecuencias, e un executivo de Verizon Wireless chamou recentemente a este "espectro de alta calidade", precisamente por iso.Nota lateral: Por outra banda, os fabricantes de teléfonos móbiles terán que montar unha antena cunha lonxitude de onda maior nun dispositivo compacto (frecuencia máis baixa = lonxitude de onda maior), polo que o traballo do deseñador de antenas foi un pouco máis complicado!
Finalmente, se as antenas non se corresponden coa polarización, a potencia recibida anterior podería multiplicarse polo factor de perda de polarización (PLF) para ter en conta correctamente este desajuste.A ecuación [2] anterior pódese alterar para producir unha fórmula de transmisión de Friis xeneralizada, que inclúe a discrepancia de polarización:
Ecuación 3
Hora de publicación: Xaneiro-08-2024
