Cal é a apertura efectiva dunha antena?
O/Aapertura efectiva dunha antena, tamén chamadoárea efectiva (Ae), describe a eficacia coa que unha antena receptora capta a enerxía dunha onda electromagnética incidente. É unha área receptora equivalente, non necesariamente a abertura física da antena.
Para unha onda plana con polarización adaptada que chega desde a dirección de máxima recepción, a apertura efectiva vincula a densidade de potencia incidente coa potencia dispoñible nos terminais da antena.
If Sé a densidade de potencia incidente en W/m²2ePré a potencia recibida dispoñible en vatios, entón:
Pr= SAe
Unha apertura efectiva maior recolle máis potencia do mesmo campo incidente, sempre que a dirección de chegada e a polarización estean aliñadas.
A apertura efectiva ten en conta a eficiencia da radiación e outras perdas da antena, incluídas as perdas por condutor e dieléctrico. Polo tanto, mide o rendemento de recepción utilizable en lugar de só o tamaño físico. A eficiencia da apertura, a desaxuste de impedancia e a desaxuste de polarización poden reducir a potencia subministrada ao receptor.
Fórmula de apertura efectiva e ganancia de antena
A apertura efectiva máxima de calquera antena está relacionada coa súa gananciaGe lonxitude de ondaλpor:
Ae= Gλ2/(4π)
Usa a ganancia como unha relación lineal, non dBi, nesta ecuación. Converte a ganancia conG = 10G(dBi)/10Porque a lonxitude de onda é igual ac/f, a apertura efectiva diminúe ao aumentar a frecuencia cando a ganancia se mantén constante.
Pola contra, as antenas coa mesma apertura física poden conseguir unha maior ganancia a lonxitudes de onda máis curtas cando a eficiencia da apertura permanece comparable. Esta relación axuda aos enxeñeiros a comparar a capacidade de recepción entre frecuencias.
Como se determina a apertura efectiva
A apertura efectiva pódese calcular a partir da ganancia medida, determinarse por comparación cunha antena de referencia ou inferirse a partir de medicións calibradas da potencia de recepción. O resultado é útil nos orzamentos de enlace, nas medicións de antenas e nas estimacións da sensibilidade do sistema.
Para aplicacións de medición, explore os MISO de RFantenas de corno de ganancia estándar, que proporcionan unha ganancia coñecida sobre bandas de frecuencia especificadas.
Uso da apertura efectiva na ecuación de transmisión de Friis
O/AEcuación de transmisión de Friisconecta a potencia transmitida, as ganancias da antena, a lonxitude de onda e a distancia de separación nunha ligazón de campo afastado en espazo libre. Para a ganancia do transmisorGt, ganancia do receptorGr, lonxitude de ondaλe distanciaR, estima a potencia dispoñible na antena receptora.
UsandoPr= SAeexplícita a función da apertura efectiva de recepción: a antena transmisora establece a densidade de potencia no receptor e a antena receptora converte parte dese campo en potencia terminal.
Derivación da fórmula de transmisión de Friis
Considere dúas antenas separadas por unha distanciaRen espazo libre sen obstáculos. A antena receptora debe estar no campo afastado do transmisor e as antenas deben estar aliñadas en dirección e polarización.
If Ptvatios se envían a unha antena transmisora isotrópica ideal, a potencia esténdese pola superficie dunha esfera. Á distanciaR, a densidade de potencia incidente é:
Figura 1. Antenas de transmisión (Tx) e recepción (Rx) separadas porR.
Para unha antena transmisora práctica con gananciaGtcara ao receptor, a densidade de potencia incidente aumenta nese factor de ganancia:
Se a antena receptora ten unha apertura efectivaAe, a potencia recibida dispoñible é a densidade de potencia incidente multiplicada porAe:
Substituíndo a relación ganancia-apertura pola antena receptora obtense:
Polo tanto, a potencia recibida pódese escribir na forma habitual no espazo libre:
Ecuación 1.Ecuación de transmisión de Friis en termos de lonxitude de onda.
Ecuación 1relaciona a potencia de transmisión, as ganancias da antena, a lonxitude de onda e a distancia de separación. É válido para a propagación en espazo libre en liña de visión no campo afastado. Os sistemas reais requiren termos adicionais para a perda de cable, a perda de conector, o erro de apuntamento, a atenuación atmosférica e outros efectos de propagación.
Forma de frecuencia da ecuación de Friis
Porqueλ = c/f, a ecuación tamén se pode expresar en termos de frecuencia:
Ecuación 2.Ecuación de transmisión de Friis en termos de frecuencia.
Como a frecuencia afecta á potencia recibida
Cando as ganancias e a distancia da antena se manteñen constantes, a ecuación de Friis predí unha potencia recibida menor a medida que aumenta a frecuencia porque a lonxitude de onda se fai máis curta. Esta comparación asume os mesmos valores de ganancia en cada frecuencia.
Non obstante, para antenas cunha apertura física fixa, a ganancia xeralmente aumenta a medida que a lonxitude de onda diminúe. Polo tanto, as conexións de alta frecuencia e ondas milimétricas poden acadar un rendemento sólido con antenas direccionais de alta ganancia, sempre que o orzamento da conexión tamén teña en conta a precisión de apuntamento, a absorción atmosférica, a choiva e as perdas de hardware.
Emprega a ecuación de Friis como referencia no espazo libre en lugar dun modelo de propagación completo. Asume o funcionamento en campo afastado, unha liña de visión sen obstáculos e antenas correctamente aliñadas.
Desaxuste de polarización
Se as antenas transmisora e receptora non teñen polarización coincidente, multiplíquese a potencia recibida ideal polo factor de perda de polarización (PLF). Para vectores de polarización normalizados, o PLF varía de 0 a 1; un valor de 1 representa unha coincidencia perfecta. A forma xeneralizada que se mostra a continuación inclúe este termo de desaxuste.
Ecuación 3.Ecuación de transmisión de Friis xeneralizada, incluíndo a desaxuste de polarización.
Conclusións clave
- A apertura efectiva converte a densidade de potencia incidente en potencia recibida dispoñible.
- Para gañarGe lonxitude de ondaλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Usar ganancia lineal, non dBi, nos cálculos de apertura e Friis.
- Friis aplícase a enlaces de espazo libre en liña de visión e campo afastado; os orzamentos de enlace prácticos requiren perdas adicionais.
RF MISO proporcionaantenas de corno de ganancia estándare outras solucións de antenas de RF para medición, calibración e integración de sistemas.Contactar con RF MISOpara discutir o rango de frecuencias, a ganancia e os requisitos da interface.
Correo electrónico:info@rf-miso.com
Teléfono: 0086-028-82695327
Data de publicación: 08-01-2024
