หลัก

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ

พารามิเตอร์ที่มีประโยชน์ในการคำนวณกำลังรับของเสาอากาศคือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพหรือรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสมมติว่าคลื่นระนาบที่มีโพลาไรเซชันเดียวกันกับเสาอากาศรับตกกระทบเสาอากาศ นอกจากนี้ สมมติว่าคลื่นกำลังเคลื่อนที่เข้าหาเสาอากาศในทิศทางที่เสาอากาศได้รับรังสีสูงสุด (ทิศทางที่รับพลังงานได้มากที่สุด)

จากนั้นก็รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์อธิบายว่ามีพลังงานเท่าใดที่ถูกจับจากคลื่นระนาบที่กำหนด ให้pเป็นความหนาแน่นกำลังของคลื่นระนาบ (ในหน่วย W/m^2) ถ้าพี_ทีแสดงถึงกำลังไฟ (เป็นวัตต์) ที่ขั้วเสาอากาศที่ใช้ได้กับเครื่องรับเสาอากาศ จากนั้น:

2

ดังนั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพจะแสดงเพียงปริมาณพลังงานที่ถูกจับจากคลื่นระนาบและส่งผ่านไปยังเสาอากาศ พื้นที่นี้จะคำนวณการสูญเสียที่เกิดขึ้นภายในเสาอากาศ (การสูญเสียโอห์มิก การสูญเสียไดอิเล็กตริก เป็นต้น)

ความสัมพันธ์โดยทั่วไปสำหรับรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพในแง่ของค่าเกนเสาอากาศสูงสุด (G) ของเสาอากาศใดๆ จะกำหนดได้จาก:

3

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพหรือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสามารถวัดได้บนเสาอากาศจริงโดยการเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่ทราบที่มีรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพที่กำหนดไว้ หรือโดยการคำนวณโดยใช้ค่าเกนที่วัดได้และสมการข้างต้น

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์สำหรับการคำนวณกำลังที่ได้รับจากคลื่นระนาบ หากต้องการดูการทำงาน โปรดไปที่หัวข้อถัดไปเกี่ยวกับสูตรการส่งสัญญาณของ Friis

สมการการส่งผ่าน Friis

ในหน้านี้ เราจะแนะนำสมการพื้นฐานที่สุดสมการหนึ่งในทฤษฎีเสาอากาศ ซึ่งก็คือสมการการส่งสัญญาณของ Friisสมการการส่งสัญญาณของ Friis ใช้เพื่อคำนวณพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศหนึ่งอัน (พร้อมค่าเกนG1) เมื่อส่งจากเสาอากาศอื่น (ที่มีอัตราขยาย)G2) มีระยะห่างกันRและทำงานที่ความถี่fหรือความยาวคลื่นแลมบ์ดา ควรอ่านหน้านี้ซ้ำสองสามครั้งเพื่อทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้

ที่มาของสูตรการส่ง Friis

ในการเริ่มต้นการหาสมการ Friis ให้พิจารณาเสาอากาศ 2 ต้นในอวกาศว่าง (ไม่มีสิ่งกีดขวางในบริเวณใกล้เคียง) ที่มีระยะห่างจากกันR:

4

สมมติว่า ( ) กำลังไฟฟ้ารวมจำนวนวัตต์ถูกส่งไปยังเสาอากาศส่งสัญญาณ ในขณะนี้ สมมติว่าเสาอากาศส่งสัญญาณเป็นแบบรอบทิศทาง ไม่มีการสูญเสีย และเสาอากาศรับสัญญาณอยู่ในสนามระยะไกลของเสาอากาศส่งสัญญาณ จากนั้นความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าp(ในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตร) ของคลื่นระนาบที่ตกกระทบบนเสาอากาศรับสัญญาณในระยะทางRจากเสาอากาศส่งสัญญาณจะได้จาก:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

รูปที่ 1 เสาอากาศส่ง (Tx) และเสาอากาศรับ (Rx) แยกจากกันด้วยR.

5

หากเสาอากาศส่งมีค่าเกนของเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศรับที่กำหนดโดย ( ) สมการความหนาแน่นของพลังงานด้านบนจะกลายเป็น:

2
6

ปัจจัยของค่าเกนมีผลต่อทิศทางและการสูญเสียของเสาอากาศจริง สมมติว่าเสาอากาศรับมีรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพตามที่กำหนดโดย-. จากนั้นกำลังที่เสาอากาศนี้รับได้ ( ) จะได้รับจาก:

4
3
7

เนื่องจากรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสำหรับเสาอากาศใดๆ ก็สามารถแสดงได้ดังนี้:

8

กำลังที่ได้รับผลลัพธ์สามารถเขียนได้ดังนี้:

9

สมการที่ 1

สูตรนี้เรียกว่าสูตรการส่งสัญญาณของ Friis ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสูญเสียเส้นทางในอวกาศว่าง อัตราขยายของเสาอากาศ และความยาวคลื่นกับกำลังรับและส่ง นี่คือสมการพื้นฐานสมการหนึ่งในทฤษฎีเสาอากาศ และควรจดจำไว้ (เช่นเดียวกับการหาอนุพันธ์ข้างต้น)

รูปแบบที่มีประโยชน์อีกแบบหนึ่งของสมการการส่งผ่านของ Friis จะแสดงอยู่ในสมการ [2] เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่ f มีความสัมพันธ์กันด้วยความเร็วแสง c (ดูหน้าแนะนำความถี่) เราจึงมีสูตรการส่งผ่านของ Friis ในรูปของความถี่:

10

สมการที่ 2

สมการ [2] แสดงให้เห็นว่ามีการสูญเสียพลังงานมากขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นผลลัพธ์พื้นฐานของสมการการส่งสัญญาณของ Friis ซึ่งหมายความว่าสำหรับเสาอากาศที่มีค่าเกนที่กำหนด การถ่ายโอนพลังงานจะสูงที่สุดที่ความถี่ที่ต่ำกว่า ความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ได้รับและพลังงานที่ส่งออกนั้นเรียกว่าการสูญเสียเส้นทาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สมการการส่งสัญญาณของ Friis ระบุว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงขึ้นสำหรับความถี่ที่สูงขึ้น ความสำคัญของผลลัพธ์นี้จากสูตรการส่งสัญญาณของ Friis นั้นไม่สามารถพูดเกินจริงได้ นี่คือเหตุผลที่โทรศัพท์มือถือโดยทั่วไปทำงานที่ความถี่ต่ำกว่า 2 GHz อาจมีสเปกตรัมความถี่มากขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น แต่การสูญเสียเส้นทางที่เกี่ยวข้องจะไม่ทำให้รับสัญญาณได้อย่างมีคุณภาพ จากผลเพิ่มเติมของสมการการส่งสัญญาณของ Friss สมมติว่าคุณถูกถามเกี่ยวกับเสาอากาศ 60 GHz เมื่อทราบว่าความถี่นี้สูงมาก คุณอาจระบุว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงเกินไปสำหรับการสื่อสารระยะไกล - และคุณถูกต้องอย่างแน่นอน ที่ความถี่สูงมาก (บางครั้ง 60 GHz เรียกว่าบริเวณมิลลิเมตร (คลื่นมิลลิเมตร)) การสูญเสียเส้นทางจะสูงมาก ดังนั้นจึงสามารถสื่อสารแบบจุดต่อจุดได้เท่านั้น ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเครื่องรับและเครื่องส่งอยู่ในห้องเดียวกันและหันหน้าเข้าหากัน จากผลสืบเนื่องเพิ่มเติมของสูตรการส่งสัญญาณ Friis คุณคิดว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือพอใจกับแบนด์ LTE (4G) ใหม่ที่ทำงานที่ 700MHz หรือไม่ คำตอบคือใช่: นี่คือความถี่ที่ต่ำกว่าเสาอากาศทำงานตามปกติ แต่จากสมการ [2] เราสังเกตว่าการสูญเสียเส้นทางจะต่ำกว่าด้วย ดังนั้น พวกเขาสามารถ "ครอบคลุมพื้นที่ได้มากขึ้น" ด้วยสเปกตรัมความถี่นี้ และผู้บริหารของ Verizon Wireless เรียกสเปกตรัมนี้ว่า "สเปกตรัมคุณภาพสูง" ด้วยเหตุผลนี้โดยเฉพาะ หมายเหตุ: ในทางกลับกัน ผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือจะต้องติดตั้งเสาอากาศที่มีความยาวคลื่นมากกว่าในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด (ความถี่ต่ำกว่า = ความยาวคลื่นที่มากกว่า) ดังนั้น งานของนักออกแบบเสาอากาศจึงซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย!

สุดท้าย หากเสาอากาศไม่ตรงกันเรื่องโพลาไรเซชัน กำลังรับที่รับได้ข้างต้นสามารถคูณด้วยปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PLF) เพื่ออธิบายความไม่ตรงกันนี้ได้อย่างถูกต้อง สมการ [2] ข้างต้นสามารถเปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างสูตรการส่งสัญญาณ Friis ทั่วไป ซึ่งรวมถึงความไม่ตรงกันเรื่องโพลาไรเซชันด้วย:

11

สมการที่ 3

E-mail:info@rf-miso.com

โทรศัพท์:0086-028-82695327

เว็บไซต์ :www.rf-miso.com


เวลาโพสต์ : 08-ม.ค.-2567

รับแผ่นข้อมูลผลิตภัณฑ์