اصلی

دیافراگم مؤثر آنتن

یک پارامتر مفید برای محاسبه توان دریافتی آنتن، ...منطقه موثریادیافراگم موثرفرض کنید یک موج تخت با قطبش مشابه آنتن گیرنده به آنتن برخورد می‌کند. همچنین فرض کنید که موج در جهت حداکثر تابش آنتن (جهتی که بیشترین توان از آن دریافت می‌شود) به سمت آنتن حرکت می‌کند.

سپسدیافراگم موثرپارامتر نشان می‌دهد که چه مقدار توان از یک موج تخت داده شده گرفته می‌شود.pچگالی توان موج تخت (برحسب W/m^2) باشد. اگرپ_تنشان دهنده توان (برحسب وات) در پایانه‌های آنتن است که در دسترس گیرنده آنتن قرار دارد، بنابراین:

۲

از این رو، مساحت مؤثر به سادگی نشان می‌دهد که چه مقدار توان از موج تخت گرفته شده و توسط آنتن تحویل داده می‌شود. این مساحت، تلفات ذاتی آنتن (تلفات اهمی، تلفات دی‌الکتریک و غیره) را در نظر می‌گیرد.

یک رابطه کلی برای دیافراگم مؤثر بر حسب بهره اوج آنتن (G) هر آنتن به صورت زیر ارائه می‌شود:

۳

دیافراگم مؤثر یا مساحت مؤثر را می‌توان روی آنتن‌های واقعی با مقایسه با یک آنتن شناخته‌شده با دیافراگم مؤثر معین، یا با محاسبه با استفاده از بهره اندازه‌گیری شده و معادله فوق اندازه‌گیری کرد.

دیافراگم مؤثر، مفهوم مفیدی برای محاسبه توان دریافتی از یک موج تخت خواهد بود. برای مشاهده این موضوع در عمل، به بخش بعدی در مورد فرمول انتقال فریس مراجعه کنید.

معادله انتقال فریس

در این صفحه، یکی از اساسی‌ترین معادلات در نظریه آنتن، یعنی ... را معرفی می‌کنیم.معادله انتقال فریسمعادله انتقال فریس برای محاسبه توان دریافتی از یک آنتن (با بهره) استفاده می‌شود.G1) ، هنگامی که از آنتن دیگری (با بهره) ارسال می‌شودG2) ، با فاصله از هم جدا شده اندRو با فرکانس کار می‌کندfیا طول موج لامبدا. این صفحه ارزش چند بار خواندن را دارد و باید کاملاً 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 هم جدا شده‌اند.R:

۴

فرض کنید که () وات از کل توان به آنتن فرستنده تحویل داده می‌شود. فعلاً فرض کنید که آنتن فرستنده همه جهته و بدون تلفات است و آنتن گیرنده در میدان دور از آنتن فرستنده قرار دارد. سپس چگالی توانp(بر حسب وات بر متر مربع) از موج تخت فرودی بر آنتن گیرنده در فاصلهRاز آنتن فرستنده به صورت زیر داده می‌شود:

۴۱bd۲۸۴bf۸۱۹e۱۷۶ae۶۳۱۹۵۰cd۲۶۷f۷

شکل 1. آنتن‌های فرستنده (Tx) و گیرنده (Rx) که توسط ... از هم جدا شده‌اندR.

۵

اگر آنتن فرستنده دارای بهره آنتن در جهت آنتن گیرنده باشد که با ( ) داده می‌شود، آنگاه معادله چگالی توان بالا به صورت زیر در می‌آید:

۲
۶

عبارت بهره در جهت‌گیری و تلفات یک آنتن واقعی مؤثر است. حال فرض کنید که آنتن گیرنده دارای دیافراگم مؤثری است که توسط رابطه زیر داده می‌شود:(()سپس توان دریافتی توسط این آنتن ( ) توسط رابطه زیر داده می‌شود:

۴
۳
۷

از آنجا که دیافراگم مؤثر برای هر آنتن را می‌توان به صورت زیر نیز بیان کرد:

۸

توان دریافتی حاصل را می‌توان به صورت زیر نوشت:

۹

معادله ۱

این به عنوان فرمول انتقال فریس شناخته می‌شود. این فرمول، تلفات مسیر فضای آزاد، بهره آنتن و طول موج را به توان‌های دریافتی و ارسالی مرتبط می‌کند. این یکی از معادلات اساسی در نظریه آنتن است و باید به خاطر سپرده شود (و همچنین مشتق بالا).

شکل مفید دیگری از معادله انتقال فریس در معادله [2] ارائه شده است. از آنجایی که طول موج و فرکانس f با سرعت نور c مرتبط هستند (به مقدمه صفحه فرکانس مراجعه کنید)، فرمول انتقال فریس را بر حسب فرکانس داریم:

۱۰

معادله ۲

معادله [2] نشان می‌دهد که در فرکانس‌های بالاتر، توان بیشتری تلف می‌شود. این یک نتیجه اساسی از معادله انتقال فریس است. این بدان معناست که برای آنتن‌هایی با بهره‌های مشخص، انتقال انرژی در فرکانس‌های پایین‌تر بیشترین مقدار را خواهد داشت. تفاوت بین توان دریافتی و توان ارسالی به عنوان تلفات مسیر شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، معادله انتقال فریس می‌گوید که تلفات مسیر برای فرکانس‌های بالاتر بیشتر است. اهمیت این نتیجه از فرمول انتقال فریس را نمی‌توان نادیده گرفت. به همین دلیل است که تلفن‌های همراه عموماً با فرکانس کمتر از 2 گیگاهرتز کار می‌کنند. ممکن است طیف فرکانسی بیشتری در فرکانس‌های بالاتر در دسترس باشد، اما تلفات مسیر مرتبط، دریافت با کیفیت را ممکن نمی‌سازد. به عنوان نتیجه دیگری از معادله انتقال فریس، فرض کنید از شما در مورد آنتن‌های 60 گیگاهرتز سوال می‌شود. با توجه به اینکه این فرکانس بسیار بالاست، ممکن است بگویید که تلفات مسیر برای ارتباطات دوربرد بسیار زیاد خواهد بود - و کاملاً درست می‌گویید. در فرکانس‌های بسیار بالا (60 گیگاهرتز گاهی اوقات به عنوان ناحیه میلی‌متر (موج میلی‌متری) نامیده می‌شود)، تلفات مسیر بسیار زیاد است، بنابراین فقط ارتباط نقطه به نقطه امکان‌پذیر است. این اتفاق زمانی می‌افتد که گیرنده و فرستنده در یک اتاق و روبروی یکدیگر باشند. به عنوان نتیجه دیگری از فرمول انتقال Friis، آیا فکر می‌کنید اپراتورهای تلفن همراه از باند جدید LTE (4G) که با فرکانس 700 مگاهرتز کار می‌کند، راضی هستند؟ پاسخ مثبت است: این فرکانس پایین‌تر از فرکانسی است که آنتن‌ها به طور سنتی در آن کار می‌کنند، اما از معادله [2] متوجه می‌شویم که تلفات مسیر نیز کمتر خواهد بود. از این رو، آنها می‌توانند با این طیف فرکانسی "زمین بیشتری را پوشش دهند" و یکی از مدیران Verizon Wireless اخیراً این را "طیف با کیفیت بالا" نامیده است، دقیقاً به همین دلیل. نکته جانبی: از سوی دیگر، سازندگان تلفن همراه باید آنتنی با طول موج بزرگتر را در یک دستگاه جمع و جور قرار دهند (فرکانس کمتر = طول موج بزرگتر)، بنابراین کار طراح آنتن کمی پیچیده‌تر شد!

در نهایت، اگر آنتن‌ها از نظر قطبش با هم مطابقت نداشته باشند، توان دریافتی فوق می‌تواند در ضریب تلفات قطبش (PLF) ضرب شود تا این عدم تطابق به درستی در نظر گرفته شود. معادله [2] بالا را می‌توان تغییر داد تا یک فرمول انتقال Friis تعمیم‌یافته تولید شود که شامل عدم تطابق قطبش نیز می‌شود:

۱۱

معادله ۳


زمان ارسال: ژانویه-08-2024

دریافت دیتاشیت محصول