หลัก

ช่องรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ

พารามิเตอร์ที่มีประโยชน์ในการคำนวณกำลังรับสัญญาณของเสาอากาศคือ...พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพหรือรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสมมติว่าคลื่นระนาบที่มีโพลาไรเซชันเดียวกับเสาอากาศรับสัญญาณตกกระทบลงบนเสาอากาศ และสมมติเพิ่มเติมว่าคลื่นเคลื่อนที่เข้าหาเสาอากาศในทิศทางที่มีการแผ่รังสีสูงสุดของเสาอากาศ (ทิศทางที่รับกำลังไฟฟ้าได้มากที่สุด)

จากนั้นรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์นี้อธิบายถึงปริมาณพลังงานที่ได้รับจากคลื่นระนาบที่กำหนด ให้pให้ เป็นความหนาแน่นกำลังของคลื่นระนาบ (ในหน่วย W/m²) ถ้าพี_ทีแสดงถึงกำลังไฟฟ้า (หน่วยเป็นวัตต์) ที่ขั้วต่อเสาอากาศซึ่งพร้อมใช้งานสำหรับตัวรับสัญญาณของเสาอากาศ ดังนี้:

2

ดังนั้น พื้นที่ประสิทธิผลจึงแสดงถึงปริมาณพลังงานที่ถูกดักจับจากคลื่นระนาบและส่งผ่านเสาอากาศ โดยพื้นที่นี้จะคำนึงถึงการสูญเสียที่เกิดขึ้นภายในเสาอากาศ (การสูญเสียโอห์มิก การสูญเสียไดอิเล็กตริก เป็นต้น)

ความสัมพันธ์ทั่วไปสำหรับขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพในแง่ของอัตราขยายสูงสุดของเสาอากาศ (G) ของเสาอากาศใดๆ มีดังนี้:

3

สามารถวัดขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพหรือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศจริงได้โดยการเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่ทราบค่าขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพที่กำหนด หรือโดยการคำนวณโดยใช้ค่าอัตราขยายที่วัดได้และสมการข้างต้น

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์สำหรับการคำนวณกำลังที่ได้รับจากคลื่นระนาบ หากต้องการดูตัวอย่างการใช้งาน โปรดไปที่ส่วนถัดไปเกี่ยวกับสูตรการส่งผ่านของ Friis

สมการการส่งผ่าน Friis

ในหน้านี้ เราจะแนะนำสมการพื้นฐานที่สุดสมการหนึ่งในทฤษฎีเสาอากาศ นั่นคือ สมการสมการการส่งผ่านของฟริสสมการการส่งสัญญาณของ Friis ใช้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้าที่ได้รับจากเสาอากาศหนึ่งต้น (พร้อมอัตราขยาย)G1เมื่อส่งสัญญาณจากเสาอากาศอื่น (ที่มีอัตราขยาย)G2) แยกจากกันด้วยระยะทางRและทำงานที่ความถี่fหรือความยาวคลื่นแลมบ์ดา หน้าเว็บนี้ควรค่าแก่การอ่านซ้ำหลายๆ ครั้ง และควรทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้

ที่มาของสูตรการส่ง Friis

เพื่อเริ่มต้นการหาที่มาของสมการ Friis ให้พิจารณาเสาอากาศสองต้นในพื้นที่ว่าง (ไม่มีสิ่งกีดขวางอยู่ใกล้เคียง) ซึ่งอยู่ห่างกันเป็นระยะทางหนึ่งR:

4

สมมติว่ากำลังไฟฟ้ารวม ( ) วัตต์ถูกส่งไปยังเสาอากาศส่งสัญญาณ ในขณะนี้ ให้สมมติว่าเสาอากาศส่งสัญญาณเป็นแบบรอบทิศทาง ไม่มีการสูญเสีย และเสาอากาศรับสัญญาณอยู่ในระยะไกลจากเสาอากาศส่งสัญญาณ ดังนั้นความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าคือp(ในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตร) ของคลื่นระนาบที่ตกกระทบเสาอากาศรับสัญญาณที่ระยะห่างRจากเสาอากาศส่งสัญญาณจะได้รับดังนี้:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

รูปที่ 1. เสาอากาศส่งสัญญาณ (Tx) และเสาอากาศรับสัญญาณ (Rx) ที่แยกจากกันด้วยR.

5

ถ้าเสาอากาศส่งสัญญาณมีอัตราขยายเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศรับสัญญาณตามที่กำหนดโดย( ) แล้วสมการความหนาแน่นกำลังข้างต้นจะกลายเป็น:

2
6

เทอมการขยายสัญญาณจะคำนึงถึงทิศทางและการสูญเสียของเสาอากาศจริง สมมติว่าเสาอากาศรับสัญญาณมีขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพกำหนดโดย( )จากนั้นกำลังไฟฟ้าที่เสาอากาศนี้ได้รับ ( ) จะคำนวณได้จาก:

4
3
7

เนื่องจากรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสำหรับเสาอากาศใดๆ สามารถแสดงได้ดังนี้:

8

กำลังไฟฟ้าที่ได้รับสามารถเขียนได้ดังนี้:

9

สมการที่ 1

นี่คือสูตรการส่งสัญญาณของฟริส (Friis Transmission Formula) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างการสูญเสียสัญญาณในพื้นที่ว่าง อัตราขยายของเสาอากาศ และความยาวคลื่น กับกำลังรับและกำลังส่ง นี่เป็นหนึ่งในสมการพื้นฐานในทฤษฎีเสาอากาศ และควรจดจำไว้ (รวมถึงการพิสูจน์ข้างต้นด้วย)

รูปแบบที่มีประโยชน์อีกรูปแบบหนึ่งของสมการการส่งผ่านของ Friis แสดงอยู่ในสมการ [2] เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่ f สัมพันธ์กันโดยความเร็วแสง c (ดูหน้าบทนำเกี่ยวกับความถี่) เราจึงมีสูตรการส่งผ่านของ Friis ในรูปของความถี่:

10

สมการที่ 2

สมการ [2] แสดงให้เห็นว่าพลังงานจะสูญเสียมากขึ้นที่ความถี่สูงขึ้น นี่เป็นผลลัพธ์พื้นฐานของสมการการส่งสัญญาณของ Friis ซึ่งหมายความว่าสำหรับเสาอากาศที่มีอัตราขยายที่กำหนด การถ่ายโอนพลังงานจะสูงสุดที่ความถี่ต่ำ ความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ได้รับและพลังงานที่ส่งเรียกว่าการสูญเสียเส้นทาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สมการการส่งสัญญาณของ Friis กล่าวว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงขึ้นสำหรับความถี่สูงขึ้น ความสำคัญของผลลัพธ์นี้จากสูตรการส่งสัญญาณของ Friis นั้นไม่อาจมองข้ามได้ นี่คือเหตุผลที่โทรศัพท์มือถือโดยทั่วไปทำงานที่ความถี่ต่ำกว่า 2 GHz อาจมีสเปกตรัมความถี่มากขึ้นที่ความถี่สูงขึ้น แต่การสูญเสียเส้นทางที่เกี่ยวข้องจะไม่ทำให้การรับสัญญาณมีคุณภาพ นอกจากนี้ ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของสมการการส่งสัญญาณของ Friis สมมติว่าคุณถูกถามเกี่ยวกับเสาอากาศ 60 GHz เมื่อสังเกตว่าความถี่นี้สูงมาก คุณอาจกล่าวว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงเกินไปสำหรับการสื่อสารระยะไกล และคุณถูกต้องอย่างแน่นอน ที่ความถี่สูงมาก (60 GHz บางครั้งเรียกว่าย่านคลื่นมิลลิเมตร) การสูญเสียสัญญาณจะสูงมาก ดังนั้นจึงสามารถสื่อสารได้เฉพาะแบบจุดต่อจุดเท่านั้น ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อตัวรับและตัวส่งอยู่ในห้องเดียวกันและหันหน้าเข้าหากัน นอกจากนี้ จากสูตรการส่งสัญญาณของ Friis คุณคิดว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือจะพอใจกับคลื่นความถี่ LTE (4G) ใหม่ที่ทำงานที่ 700MHz หรือไม่ คำตอบคือใช่ เพราะนี่เป็นความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ที่เสาอากาศใช้งานแบบดั้งเดิม แต่จากสมการ [2] เราจะเห็นว่าการสูญเสียสัญญาณก็จะต่ำลงเช่นกัน ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถ "ครอบคลุมพื้นที่ได้มากขึ้น" ด้วยสเปกตรัมความถี่นี้ และผู้บริหารของ Verizon Wireless เพิ่งเรียกสิ่งนี้ว่า "สเปกตรัมคุณภาพสูง" ด้วยเหตุผลนี้ หมายเหตุ: ในทางกลับกัน ผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือจะต้องติดตั้งเสาอากาศที่มีความยาวคลื่นมากขึ้นในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด (ความถี่ต่ำ = ความยาวคลื่นมากขึ้น) ดังนั้นงานของผู้ออกแบบเสาอากาศจึงซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย!

สุดท้าย หากเสาอากาศไม่ตรงกันตามโพลาไรเซชัน พลังงานที่ได้รับข้างต้นสามารถคูณด้วยปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PLF) เพื่อคำนึงถึงความไม่ตรงกันนี้อย่างถูกต้อง สมการ [2] ข้างต้นสามารถเปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างสูตรการส่งสัญญาณ Friis ทั่วไป ซึ่งรวมถึงความไม่ตรงกันของโพลาไรเซชันด้วย:

11

สมการที่ 3

E-mail:info@rf-miso.com

เบอร์โทรศัพท์: 0086-028-82695327

เว็บไซต์: www.rf-miso.com


วันที่โพสต์: 8 มกราคม 2024

ดาวน์โหลดเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์