یک پارامتر مفید برای محاسبه توان دریافتی آنتن استمنطقه موثریادیافراگم موثر. فرض کنید که یک موج صفحه با همان قطبش آنتن گیرنده به آنتن برخورد می کند. بعلاوه فرض کنید که موج در جهت حداکثر تابش آنتن (جهتی که بیشترین توان از آن دریافت می شود) به سمت آنتن حرکت می کند.
سپسدیافراگم موثرپارامتر توصیف می کند که چه مقدار توان از یک موج صفحه معین گرفته می شود. اجازه دهیدpچگالی توان موج صفحه (بر حسب W/m^2) باشد. اگرP_tقدرت (بر حسب وات) در پایانه های آنتن در دسترس گیرنده آنتن را نشان می دهد، سپس:
از این رو، منطقه موثر به سادگی نشان دهنده میزان توانی است که از موج هواپیما گرفته شده و توسط آنتن تحویل داده می شود. این ناحیه در تلفات ذاتی آنتن (تلفات اهمی، تلفات دی الکتریک و غیره) نقش دارد.
یک رابطه کلی برای دیافراگم موثر بر حسب اوج بهره آنتن (G) هر آنتن به صورت زیر ارائه می شود:
دیافراگم موثر یا ناحیه موثر را می توان بر روی آنتن های واقعی با مقایسه با یک آنتن شناخته شده با دیافراگم موثر معین، یا با محاسبه با استفاده از بهره اندازه گیری شده و معادله بالا اندازه گیری کرد.
دیافراگم موثر یک مفهوم مفید برای محاسبه توان دریافتی از یک موج صفحه خواهد بود. برای مشاهده عملکرد آن، به بخش بعدی در فرمول انتقال فریس بروید.
معادله انتقال فریس
در این صفحه به معرفی یکی از اساسی ترین معادلات در تئوری آنتن می پردازیممعادله انتقال فریس. معادله انتقال فریس برای محاسبه توان دریافتی از یک آنتن (با بهره) استفاده می شودG1، هنگامی که از آنتن دیگری (با بهره) مخابره می شودG2) با فاصله از هم جدا شده اندR، و در فرکانس کار می کندfیا طول موج لامبدا. این صفحه ارزش چند بار خواندن را دارد و باید به طور کامل درک شود.
اشتقاق فرمول انتقال فریس
برای شروع استخراج معادله فریس، دو آنتن را در فضای آزاد (بدون مانع در نزدیکی) در نظر بگیرید که با فاصله از یکدیگر جدا شده اند.R:
فرض کنید که () وات از توان کل به آنتن فرستنده تحویل داده می شود. در حال حاضر، فرض کنید که آنتن فرستنده همه جهته، بدون تلفات است و آنتن گیرنده در میدان دور آنتن فرستنده است. سپس چگالی توانp(بر حسب وات بر متر مربع) از فاصله موج هواپیما بر روی آنتن گیرنده برخورد می کندRاز آنتن فرستنده توسط:
شکل 1. آنتن های انتقال (Tx) و دریافت (Rx) که توسط آنها جدا شده اندR.
اگر آنتن فرستنده دارای بهره آنتن در جهت آنتن گیرنده باشد که با (()) داده شده است، آنگاه معادله چگالی توان بالا تبدیل می شود:
اصطلاح بهره در جهت و تلفات یک آنتن واقعی فاکتور دارد. اکنون فرض کنید آنتن دریافتی دارای دیافراگم موثری است که توسط آن داده شده است(). سپس توان دریافتی توسط این آنتن ( ) به صورت زیر داده می شود:
از آنجایی که دیافراگم موثر برای هر آنتن را می توان به صورت زیر بیان کرد:
توان دریافتی حاصل را می توان به صورت زیر نوشت:
معادله 1
این به عنوان فرمول انتقال فریس شناخته می شود. این تلفات مسیر فضای آزاد، افزایش آنتن و طول موج را به توان های دریافتی و ارسالی مرتبط می کند. این یکی از معادلات اساسی در تئوری آنتن است و باید به خاطر داشت (و همچنین مشتق بالا).
شکل مفید دیگری از معادله انتقال فریس در معادله [2] آورده شده است. از آنجایی که طول موج و فرکانس f با سرعت نور c مرتبط هستند (به صفحه مقدمه فرکانس مراجعه کنید)، فرمول انتقال فریس را از نظر فرکانس داریم:
معادله 2
معادله [2] نشان می دهد که توان بیشتری در فرکانس های بالاتر از دست می رود. این یک نتیجه اساسی از معادله انتقال فریس است. این بدان معناست که برای آنتنهایی با بهرههای مشخص، انتقال انرژی در فرکانسهای پایینتر بالاترین میزان خواهد بود. تفاوت بین توان دریافتی و توان ارسالی به عنوان از دست دادن مسیر شناخته می شود. به روشی دیگر، معادله انتقال فریس می گوید که تلفات مسیر برای فرکانس های بالاتر بیشتر است. اهمیت این نتیجه از فرمول انتقال فریس قابل اغراق نیست. به همین دلیل است که تلفن های همراه معمولاً با فرکانس کمتر از 2 گیگاهرتز کار می کنند. ممکن است طیف فرکانس بیشتری در فرکانسهای بالاتر موجود باشد، اما از دست دادن مسیر مرتبط، دریافت با کیفیت را امکانپذیر نمیکند. به عنوان پیامد دیگر معادله انتقال فریس، فرض کنید از شما در مورد آنتن های 60 گیگاهرتز سوال شده است. با توجه به اینکه این فرکانس بسیار زیاد است، ممکن است بیان کنید که از دست دادن مسیر برای ارتباطات طولانی مدت بسیار زیاد خواهد بود - و کاملاً درست می گویید. در فرکانس های بسیار بالا (60 گیگاهرتز گاهی اوقات به عنوان منطقه میلی متر (موج میلی متری) نامیده می شود)، از دست دادن مسیر بسیار زیاد است، بنابراین فقط ارتباط نقطه به نقطه امکان پذیر است. این زمانی اتفاق می افتد که گیرنده و فرستنده در یک اتاق و رو به روی یکدیگر هستند. به عنوان نتیجه دیگری از فرمول انتقال فریس، آیا فکر می کنید اپراتورهای تلفن همراه از باند جدید LTE (4G) که در 700 مگاهرتز کار می کند خوشحال هستند؟ پاسخ مثبت است: این فرکانس کمتر از آنتنهایی است که به طور سنتی در آن کار میکنند، اما از معادله [2]، توجه میکنیم که از دست دادن مسیر نیز پایینتر خواهد بود. از این رو، آنها می توانند زمین بیشتری را با این طیف فرکانس پوشش دهند، و یکی از مدیران Verizon Wireless اخیراً دقیقاً به همین دلیل آن را "طیف با کیفیت بالا" نامیده است. نکته جانبی: از طرف دیگر، سازندگان تلفن همراه باید آنتنی با طول موج بیشتر را در یک دستگاه فشرده (فرکانس کمتر = طول موج بیشتر) قرار دهند، بنابراین کار طراح آنتن کمی پیچیده تر شد!
در نهایت، اگر آنتن ها با پلاریزاسیون مطابقت نداشته باشند، توان دریافتی فوق را می توان در ضریب تلفات قطبی (PLF) ضرب کرد تا این عدم تطابق به درستی محاسبه شود. معادله [2] بالا را می توان برای تولید یک فرمول انتقال فریس تعمیم یافته تغییر داد که شامل عدم تطابق قطبی می شود:
معادله 3
زمان ارسال: ژانویه-08-2024