หลัก

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ

พารามิเตอร์ที่มีประโยชน์ในการคำนวณกำลังรับของเสาอากาศคือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพหรือรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพ-สมมติว่าคลื่นระนาบที่มีโพลาไรเซชันเดียวกันกับเสาอากาศรับสัญญาณตกกระทบบนเสาอากาศสมมติว่าคลื่นกำลังเคลื่อนที่เข้าหาเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศซึ่งมีการแผ่รังสีสูงสุด (ทิศทางที่จะได้รับกำลังมากที่สุด)

จากนั้นรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์อธิบายว่ามีกำลังเท่าใดที่ถูกจับจากคลื่นระนาบที่กำหนดอนุญาตpเป็นความหนาแน่นของกำลังของคลื่นระนาบ (ในหน่วย W/m^2)ถ้าป_ทีแสดงถึงกำลัง (เป็นวัตต์) ที่ขั้วต่อเสาอากาศที่มีให้กับเครื่องรับของเสาอากาศ จากนั้น:

2

ดังนั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพเพียงแต่แสดงถึงปริมาณพลังงานที่ถูกจับจากคลื่นระนาบและส่งผ่านเสาอากาศพื้นที่นี้เป็นปัจจัยในการสูญเสียที่เกิดขึ้นกับเสาอากาศ (การสูญเสียโอห์มมิก การสูญเสียอิเล็กทริก ฯลฯ)

ความสัมพันธ์ทั่วไปสำหรับรูรับแสงใช้งานจริงในแง่ของอัตราขยายเสาอากาศสูงสุด (G) ของเสาอากาศใดๆ กำหนดโดย:

3

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพหรือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสามารถวัดได้บนเสาอากาศจริงโดยการเปรียบเทียบกับเสาอากาศที่รู้จักกับรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพที่กำหนด หรือโดยการคำนวณโดยใช้อัตราขยายที่วัดได้และสมการข้างต้น

รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ในการคำนวณพลังงานที่ได้รับจากคลื่นระนาบหากต้องการดูการดำเนินการนี้ ให้ไปที่ส่วนถัดไปของสูตรการส่งผ่าน Friis

สมการการส่งผ่าน Friis

ในหน้านี้ เราจะแนะนำหนึ่งในสมการพื้นฐานที่สุดในทฤษฎีเสาอากาศ นั่นคือสมการการส่งผ่านของ Friis-สมการการส่งผ่าน Friis ใช้ในการคำนวณพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศเดียว (ด้วยอัตราขยายG1) เมื่อส่งจากเสาอากาศอื่น (พร้อมอัตราขยายG2) คั่นด้วยระยะห่างRและทำงานที่ความถี่fหรือแลมบ์ดาที่มีความยาวคลื่นหน้านี้ควรค่าแก่การอ่านสองสามครั้งและควรทำความเข้าใจให้ถ่องแท้

ที่มาของสูตรการส่ง Friis

เพื่อเริ่มต้นการหาสมการ Friis ให้พิจารณาเสาอากาศสองตัวในพื้นที่ว่าง (ไม่มีสิ่งกีดขวางในบริเวณใกล้เคียง) โดยแยกจากกันด้วยระยะห่างR:

4

สมมติว่า ( ) วัตต์ของกำลังทั้งหมดถูกส่งไปยังเสาอากาศส่งสัญญาณในขณะนี้ สมมติว่าเสาอากาศส่งสัญญาณเป็นแบบรอบทิศทาง ไม่มีการสูญเสีย และเสาอากาศรับสัญญาณอยู่ในสนามไกลของเสาอากาศส่งสัญญาณจากนั้นความหนาแน่นของพลังงานp(หน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร) ของคลื่นระนาบที่ตกกระทบบนเสาอากาศรับสัญญาณในระยะไกลRจากเสาอากาศส่งสัญญาณได้มาจาก:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

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

5

หากเสาอากาศส่งสัญญาณมีอัตราขยายเสาอากาศในทิศทางของเสาอากาศรับสัญญาณที่กำหนดโดย ( ) สมการความหนาแน่นของพลังงานด้านบนจะกลายเป็น:

2
6

ปัจจัยระยะเกนในทิศทางและการสูญเสียของเสาอากาศจริงสมมติว่าตอนนี้เสาอากาศรับสัญญาณมีรูรับแสงใช้งานจริงที่กำหนดโดย--จากนั้นพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศนี้ ( ) จะได้รับจาก:

4
3
7

เนื่องจากรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสำหรับเสาอากาศใดๆ ก็สามารถแสดงเป็น:

8

กำลังรับผลลัพธ์สามารถเขียนได้เป็น:

9

สมการ 1

สิ่งนี้เรียกว่าสูตรการส่งผ่าน Friisมันเกี่ยวข้องกับการสูญเสียเส้นทางพื้นที่ว่าง อัตราขยายของเสาอากาศ และความยาวคลื่นกับกำลังรับและส่งนี่เป็นหนึ่งในสมการพื้นฐานในทฤษฎีเสาอากาศ และควรจดจำไว้ (เช่นเดียวกับที่มาข้างต้น)

รูปแบบที่มีประโยชน์อีกรูปแบบหนึ่งของสมการการส่งผ่านของ Friis มีให้ไว้ในสมการ [2]เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่ f สัมพันธ์กันด้วยความเร็วแสง c (ดูหน้าความถี่เบื้องต้น) เราจึงมีสูตรการส่งผ่าน Friis ในแง่ของความถี่:

10

สมการที่ 2

สมการ [2] แสดงว่ากำลังสูญเสียมากขึ้นที่ความถี่สูงกว่านี่เป็นผลลัพธ์พื้นฐานของสมการการส่งผ่านของ Friisซึ่งหมายความว่าสำหรับเสาอากาศที่มีเกนตามที่ระบุ การถ่ายโอนพลังงานจะสูงที่สุดที่ความถี่ต่ำกว่าความแตกต่างระหว่างกำลังที่ได้รับและกำลังที่ส่งเรียกว่าการสูญเสียเส้นทางกล่าวในอีกแง่หนึ่ง สมการการส่งผ่านของ Friis กล่าวว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงขึ้นสำหรับความถี่ที่สูงกว่าความสำคัญของผลลัพธ์นี้จาก Friis Transmission Formula ไม่สามารถกล่าวเกินจริงได้นี่คือสาเหตุที่โทรศัพท์มือถือโดยทั่วไปทำงานที่ความถี่ต่ำกว่า 2 GHzอาจมีสเปกตรัมความถี่มากขึ้นที่ความถี่ที่สูงกว่า แต่การสูญเสียเส้นทางที่เกี่ยวข้องจะไม่ช่วยให้การรับสัญญาณมีคุณภาพจากผลที่ตามมาของ Friss Transmission Equation สมมติว่าคุณถูกถามเกี่ยวกับเสาอากาศ 60 GHzเมื่อสังเกตว่าความถี่นี้สูงมาก คุณอาจระบุว่าการสูญเสียเส้นทางจะสูงเกินไปสำหรับการสื่อสารระยะไกล และคุณก็ถูกต้องอย่างแน่นอนที่ความถี่สูงมาก (60 GHz บางครั้งเรียกว่าบริเวณมม. (คลื่นมิลลิเมตร)) การสูญเสียเส้นทางจะสูงมาก ดังนั้นการสื่อสารแบบจุดต่อจุดเท่านั้นจึงเป็นไปได้สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณอยู่ในห้องเดียวกันและหันหน้าเข้าหากันเพื่อเป็นข้อพิสูจน์เพิ่มเติมของ Friis Transmission Formula คุณคิดว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือพอใจกับแบนด์ LTE (4G) ใหม่ที่ทำงานที่ความถี่ 700MHz หรือไม่คำตอบคือใช่ นี่เป็นความถี่ที่ต่ำกว่าเสาอากาศปกติ แต่จากสมการ [2] เราสังเกตว่าการสูญเสียเส้นทางจึงลดลงเช่นกันดังนั้นพวกเขาสามารถ "ครอบคลุมพื้นที่มากขึ้น" ด้วยคลื่นความถี่นี้ และผู้บริหารของ Verizon Wireless เพิ่งเรียกสิ่งนี้ว่า "คลื่นความถี่คุณภาพสูง" ด้วยเหตุผลนี้อย่างแม่นยำหมายเหตุด้านข้าง: ในทางกลับกัน ผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือจะต้องติดตั้งเสาอากาศที่มีความยาวคลื่นมากขึ้นในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด (ความถี่ต่ำ = ความยาวคลื่นที่มากขึ้น) ดังนั้นงานของนักออกแบบเสาอากาศจึงซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย!

สุดท้ายนี้ หากเสาอากาศไม่ตรงกับโพลาไรเซชัน กำลังที่ได้รับข้างต้นสามารถคูณด้วยโพลาไรเซชันลอสแฟกเตอร์ (PLF) เพื่อพิจารณาความไม่ตรงกันนี้อย่างเหมาะสมสมการ [2] ข้างต้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อสร้างสูตรการส่งผ่าน Friis ทั่วไป ซึ่งรวมถึงโพลาไรเซชันที่ไม่ตรงกัน:

11

สมการ 3

E-mail:info@rf-miso.com

โทรศัพท์:0086-028-82695327

เว็บไซต์:www.rf-miso.com


เวลาโพสต์: 08 ม.ค. 2024

รับเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์