دیافراگم مؤثر آنتن چیست؟
دیافراگم مؤثر آنتن، همچنین نامیده می‌شودمنطقه موثر (Ae) توصیف می‌کند که یک آنتن گیرنده چقدر مؤثر توان را از یک موج الکترومغناطیسی فرودی دریافت می‌کند. این یک ناحیه دریافت معادل است، نه لزوماً دهانه فیزیکی آنتن.
برای یک موج تخت با قطبش منطبق که از جهت حداکثر دریافت می‌رسد، دیافراگم مؤثر، چگالی توان فرودی را به توان موجود در پایانه‌های آنتن مرتبط می‌کند.
If Sچگالی توان تابشی بر حسب وات بر متر مربع است۲وPrتوان دریافتی موجود بر حسب وات است، آنگاه:
Pr= اس ایe
یک روزنه مؤثر بزرگتر، توان بیشتری را از همان میدان فرودی جمع‌آوری می‌کند، مشروط بر اینکه جهت ورود و قطبش همسو باشند.
دیافراگم مؤثر، راندمان تشعشع و سایر تلفات آنتن، از جمله تلفات هادی و دی‌الکتریک را در نظر می‌گیرد. بنابراین، به جای اندازه فیزیکی، عملکرد دریافتی قابل استفاده را اندازه‌گیری می‌کند. راندمان دیافراگم، عدم تطابق امپدانس و عدم تطابق قطبش، همگی می‌توانند توان تحویلی به گیرنده را کاهش دهند.
فرمول دیافراگم موثر و بهره آنتن
حداکثر دیافراگم مؤثر هر آنتن به بهره آن مربوط می‌شود.Gو طول موجλتوسط:
Ae= Gλ۲/(4π)
در این معادله از بهره به عنوان یک نسبت خطی استفاده کنید، نه dBi. بهره را با تبدیل کنیدجی = ۱۰G(dBi)/10زیرا طول موج برابر است باج/ف، دیافراگم مؤثر با افزایش فرکانس، در حالتی که بهره ثابت نگه داشته می‌شود، کاهش می‌یابد.
برعکس، آنتن‌هایی با روزنه فیزیکی یکسان، در صورت قابل مقایسه بودن راندمان روزنه، می‌توانند در طول موج‌های کوتاه‌تر به بهره بالاتری دست یابند. این رابطه به مهندسان کمک می‌کند تا قابلیت دریافت را در فرکانس‌های مختلف مقایسه کنند.
دیافراگم مؤثر چگونه تعیین می‌شود؟
دیافراگم مؤثر را می‌توان از طریق بهره اندازه‌گیری شده، مقایسه با یک آنتن مرجع یا استنباط از اندازه‌گیری‌های توان دریافتی کالیبره شده محاسبه کرد. نتیجه در بودجه‌های لینک، اندازه‌گیری‌های آنتن و تخمین حساسیت سیستم مفید است.
برای کاربردهای اندازه‌گیری، RF MISO را بررسی کنید.آنتن‌های شیپوری با بهره استانداردکه بهره مشخصی را در باندهای فرکانسی مشخص ارائه می‌دهند.
استفاده از دیافراگم مؤثر در معادله انتقال فریس
معادله انتقال فریستوان ارسالی، بهره آنتن، طول موج و فاصله جداسازی را در یک لینک میدان دور در فضای آزاد به هم متصل می‌کند. برای بهره فرستندهGt، بهره گیرندهGr، طول موجλو فاصلهR، توان موجود در آنتن گیرنده را تخمین می‌زند.
با استفاده ازPr= اس ایeنقش دیافراگم مؤثر گیرنده را آشکار می‌کند: آنتن فرستنده چگالی توان را در گیرنده تعیین می‌کند و آنتن گیرنده بخشی از آن میدان را به توان ترمینال تبدیل می‌کند.
استخراج فرمول انتقال فریس
دو آنتن را در نظر بگیرید که با فاصله از هم جدا شده‌اندRدر فضای آزاد و بدون مانع. آنتن گیرنده باید در میدان دید دور فرستنده باشد و آنتن‌ها باید از نظر جهت و قطبش هم‌تراز باشند.
If Ptوات به یک آنتن فرستنده ایزوتروپیک ایده‌آل تحویل داده می‌شود، توان در سطح یک کره پخش می‌شود. در فاصلهR، چگالی توان تابشی برابر است با:
شکل 1. آنتن‌های فرستنده (Tx) و گیرنده (Rx) که توسط ... از هم جدا شده‌اندR.
برای یک آنتن فرستنده عملی با بهرهGtبه سمت گیرنده، چگالی توان تابشی به اندازه ضریب بهره افزایش می‌یابد:
اگر آنتن گیرنده دیافراگم مؤثری داشته باشدAe، توان دریافتی موجود، حاصل ضرب چگالی توان تابشی درAe:
با جایگزینی رابطه بهره-دیافراگم برای آنتن گیرنده، خواهیم داشت:
بنابراین، توان دریافتی را می‌توان به شکل آشنای فضای آزاد نوشت:
معادله ۱.معادله انتقال فریس بر حسب طول موج.
معادله ۱این رابطه، توان ارسال، بهره آنتن، طول موج و فاصله جداسازی را به هم مرتبط می‌کند. این رابطه برای انتشار در فضای آزاد خط دید در میدان دور معتبر است. سیستم‌های واقعی به عبارات اضافی برای تلفات کابل، تلفات کانکتور، خطای نشانه‌گیری، تضعیف جوی و سایر اثرات انتشار نیاز دارند.
فرم فرکانسی معادله فریس
زیراλ = c/f، این معادله را می‌توان بر حسب فرکانس نیز بیان کرد:
معادله ۲.معادله انتقال فریس بر حسب فرکانس.
چگونه فرکانس بر توان دریافتی تأثیر می‌گذارد
وقتی بهره آنتن و فاصله ثابت نگه داشته شوند، معادله فریس پیش‌بینی می‌کند که با افزایش فرکانس، توان دریافتی کمتر می‌شود، زیرا طول موج کوتاه‌تر می‌شود. این مقایسه مقادیر بهره یکسان را در هر فرکانس فرض می‌کند.
با این حال، برای آنتن‌هایی با روزنه فیزیکی ثابت، بهره عموماً با کاهش طول موج افزایش می‌یابد. بنابراین، لینک‌های فرکانس بالا و موج میلی‌متری می‌توانند با آنتن‌های جهت‌دار و بهره بالا به عملکرد قوی دست یابند، مشروط بر اینکه بودجه لینک، دقت نشانه‌گیری، جذب جوی، باران و تلفات سخت‌افزاری را نیز در نظر بگیرد.
از معادله فریس به عنوان مرجع فضای آزاد به جای یک مدل انتشار کامل استفاده کنید. این معادله عملکرد میدان دور، خط دید بدون مانع و آنتن‌های هم‌تراز صحیح را فرض می‌کند.
عدم تطابق قطبش
اگر آنتن‌های فرستنده و گیرنده از نظر قطبش با هم مطابقت ندارند، توان دریافتی ایده‌آل را در ضریب تلفات قطبش (PLF) ضرب کنید. برای بردارهای قطبش نرمال‌شده، PLF از 0 تا 1 متغیر است؛ مقدار 1 نشان دهنده تطابق کامل است. فرم تعمیم‌یافته زیر شامل این عبارت عدم تطابق است.
معادله ۳.معادله انتقال فریس تعمیم‌یافته شامل عدم تطابق قطبش.
نکات کلیدی
- دیافراگم مؤثر، چگالی توان تابشی را به توان دریافتی موجود تبدیل می‌کند.
- برای سودGو طول موجλ, Ae= Gλ۲/(4π).
- در محاسبات دیافراگم و Friis از بهره خطی استفاده کنید، نه dBi.
- Friis برای لینک‌های فضای آزاد میدان دور و در خط دید مستقیم اعمال می‌شود؛ بودجه‌های عملی لینک مستلزم تلفات اضافی هستند.
RF MISO فراهم می‌کندآنتن‌های شیپوری با بهره استانداردو سایر راهکارهای آنتن RF برای اندازه‌گیری، کالیبراسیون و یکپارچه‌سازی سیستم.تماس با RF MISOبرای بحث در مورد محدوده فرکانس، بهره و الزامات رابط.
ایمیل:info@rf-miso.com
تلفن: 0086-028-82695327
زمان ارسال: ژانویه-08-2024
