พารามิเตอร์ที่มีประโยชน์ในการคำนวณกำลังรับของเสาอากาศคือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพหรือรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพ- สมมติว่าคลื่นระนาบที่มีโพลาไรเซชันเดียวกันกับเสาอากาศรับสัญญาณตกกระทบบนเสาอากาศ สมมติว่าคลื่นกำลังเคลื่อนที่เข้าหาเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศซึ่งมีการแผ่รังสีสูงสุด (ทิศทางที่จะได้รับกำลังมากที่สุด)
จากนั้นรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์อธิบายว่ามีกำลังเท่าใดที่ถูกจับจากคลื่นระนาบที่กำหนด อนุญาตpเป็นความหนาแน่นของกำลังของคลื่นระนาบ (ในหน่วย W/m^2) ถ้าป_ทีแสดงถึงกำลัง (เป็นวัตต์) ที่ขั้วต่อเสาอากาศที่มีให้กับเครื่องรับของเสาอากาศ จากนั้น:

ดังนั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพเพียงแต่แสดงถึงปริมาณพลังงานที่ถูกจับจากคลื่นระนาบและส่งผ่านเสาอากาศ พื้นที่นี้เป็นปัจจัยในการสูญเสียที่เกิดขึ้นกับเสาอากาศ (การสูญเสียโอห์มมิก การสูญเสียอิเล็กทริก ฯลฯ)
ความสัมพันธ์ทั่วไปสำหรับรูรับแสงใช้งานจริงในแง่ของอัตราขยายเสาอากาศสูงสุด (G) ของเสาอากาศใดๆ กำหนดโดย:

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพหรือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสามารถวัดได้บนเสาอากาศจริงโดยการเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่รู้จักกับรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพที่กำหนด หรือโดยการคำนวณโดยใช้อัตราขยายที่วัดได้และสมการข้างต้น
รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ในการคำนวณพลังงานที่ได้รับจากคลื่นระนาบ หากต้องการดูการดำเนินการนี้ ให้ไปที่ส่วนถัดไปของสูตรการส่งผ่าน Friis
สมการการส่งผ่าน Friis
ในหน้านี้ เราจะแนะนำหนึ่งในสมการพื้นฐานที่สุดในทฤษฎีเสาอากาศ นั่นคือสมการการส่งผ่านของ Friis- สมการการส่งผ่าน Friis ใช้ในการคำนวณพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศเดียว (ด้วยอัตราขยายG1) เมื่อส่งจากเสาอากาศอื่น (พร้อมอัตราขยายG2) โดยเว้นระยะห่างRและทำงานที่ความถี่fหรือแลมบ์ดาที่มีความยาวคลื่น หน้านี้ควรค่าแก่การอ่านสองสามครั้งและควรทำความเข้าใจให้ครบถ้วน
ที่มาของสูตรการส่ง Friis
เพื่อเริ่มต้นการหาสมการ Friis ให้พิจารณาเสาอากาศสองตัวในพื้นที่ว่าง (ไม่มีสิ่งกีดขวางในบริเวณใกล้เคียง) โดยแยกจากกันด้วยระยะห่างR:

สมมติว่า ( ) วัตต์ของกำลังทั้งหมดถูกส่งไปยังเสาอากาศส่งสัญญาณ ในขณะนี้ สมมติว่าเสาอากาศส่งสัญญาณเป็นแบบรอบทิศทาง ไม่มีการสูญเสีย และเสาอากาศรับสัญญาณอยู่ในสนามระยะไกลของเสาอากาศส่งสัญญาณ จากนั้นความหนาแน่นของพลังงานp(หน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร) ของคลื่นระนาบที่ตกกระทบบนเสาอากาศรับสัญญาณในระยะไกลRจากเสาอากาศส่งสัญญาณได้มาจาก:

รูปที่ 1 เสาอากาศส่ง (Tx) และรับ (Rx) แยกจากกันR.

หากเสาอากาศส่งสัญญาณมีอัตราขยายเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศรับสัญญาณที่กำหนดโดย ( ) สมการความหนาแน่นของพลังงานด้านบนจะกลายเป็น:


ปัจจัยระยะเกนในทิศทางและการสูญเสียของเสาอากาศจริง สมมติว่าตอนนี้เสาอากาศรับมีรูรับแสงใช้งานจริงที่กำหนดโดย-- จากนั้นพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศนี้ ( ) จะได้รับจาก:



เนื่องจากรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสำหรับเสาอากาศใดๆ ก็สามารถแสดงเป็น:

กำลังรับผลลัพธ์สามารถเขียนได้เป็น:

สมการ 1
สิ่งนี้เรียกว่าสูตรการส่งผ่าน Friis มันเกี่ยวข้องกับการสูญเสียเส้นทางพื้นที่ว่าง อัตราขยายของเสาอากาศ และความยาวคลื่นกับกำลังรับและส่ง นี่เป็นหนึ่งในสมการพื้นฐานในทฤษฎีเสาอากาศ และควรจดจำไว้ (เช่นเดียวกับที่มาข้างต้น)
รูปแบบที่เป็นประโยชน์อีกรูปแบบหนึ่งของสมการการส่งผ่านของ Friis มีให้ไว้ในสมการ [2] เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่ f สัมพันธ์กันด้วยความเร็วแสง c (ดูหน้าความถี่เบื้องต้น) เราจึงมีสูตรการส่งผ่าน Friis ในแง่ของความถี่:

สมการที่ 2
สมการ [2] แสดงว่ากำลังสูญเสียมากขึ้นที่ความถี่ที่สูงกว่า นี่เป็นผลลัพธ์พื้นฐานของสมการการส่งผ่านของ Friis ซึ่งหมายความว่าสำหรับเสาอากาศที่มีเกนตามที่ระบุ การถ่ายโอนพลังงานจะสูงที่สุดที่ความถี่ต่ำกว่า ความแตกต่างระหว่างกำลังที่ได้รับและกำลังที่ส่งเรียกว่าการสูญเสียเส้นทาง กล่าวในอีกแง่หนึ่ง สมการการส่งผ่านของ Friis กล่าวว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงขึ้นสำหรับความถี่ที่สูงกว่า ความสำคัญของผลลัพธ์นี้จาก Friis Transmission Formula ไม่สามารถกล่าวเกินจริงได้ นี่คือสาเหตุที่โทรศัพท์มือถือโดยทั่วไปทำงานที่ความถี่น้อยกว่า 2 GHz อาจมีสเปกตรัมความถี่มากขึ้นที่ความถี่ที่สูงกว่า แต่การสูญเสียเส้นทางที่เกี่ยวข้องจะไม่ช่วยให้การรับสัญญาณมีคุณภาพ จากผลที่ตามมาของ Friss Transmission Equation สมมติว่าคุณถูกถามเกี่ยวกับเสาอากาศ 60 GHz เมื่อสังเกตว่าความถี่นี้สูงมาก คุณอาจระบุว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงเกินไปสำหรับการสื่อสารระยะไกล และคุณก็ถูกต้องอย่างแน่นอน ที่ความถี่สูงมาก (60 GHz บางครั้งเรียกว่าบริเวณมม. (คลื่นมิลลิเมตร)) การสูญเสียเส้นทางจะสูงมาก ดังนั้นการสื่อสารแบบจุดต่อจุดเท่านั้นจึงเป็นไปได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณอยู่ในห้องเดียวกันและหันหน้าเข้าหากัน เพื่อเป็นข้อพิสูจน์เพิ่มเติมของ Friis Transmission Formula คุณคิดว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือพอใจกับแบนด์ LTE (4G) ใหม่ที่ทำงานที่ความถี่ 700MHz หรือไม่ คำตอบคือใช่ นี่เป็นความถี่ที่ต่ำกว่าเสาอากาศปกติ แต่จากสมการ [2] เราสังเกตว่าการสูญเสียเส้นทางจึงลดลงเช่นกัน ดังนั้นพวกเขาสามารถ "ครอบคลุมพื้นที่มากขึ้น" ด้วยคลื่นความถี่นี้ และผู้บริหารของ Verizon Wireless เพิ่งเรียกสิ่งนี้ว่า "คลื่นความถี่คุณภาพสูง" ด้วยเหตุผลนี้อย่างแม่นยำ หมายเหตุด้านข้าง: ในทางกลับกัน ผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือจะต้องติดตั้งเสาอากาศที่มีความยาวคลื่นมากขึ้นในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด (ความถี่ต่ำ = ความยาวคลื่นที่มากขึ้น) ดังนั้นงานของนักออกแบบเสาอากาศจึงซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย!
สุดท้ายนี้ หากเสาอากาศไม่ตรงกับโพลาไรเซชัน กำลังที่ได้รับข้างต้นสามารถคูณด้วยโพลาไรเซชันลอสแฟกเตอร์ (PLF) เพื่อพิจารณาความไม่ตรงกันนี้อย่างเหมาะสม สมการ [2] ข้างต้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อสร้างสูตรการส่งผ่าน Friis ทั่วไป ซึ่งรวมถึงโพลาไรเซชันที่ไม่ตรงกัน:

สมการ 3
เวลาโพสต์: 08 ม.ค. 2024