ค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศคืออะไร?
เดอะช่องรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศเรียกอีกอย่างว่าพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ (Ae( ) อธิบายถึงประสิทธิภาพในการรับพลังงานของเสาอากาศรับสัญญาณจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบ โดยเป็นพื้นที่รับสัญญาณเทียบเท่า ไม่จำเป็นต้องเป็นขนาดช่องเปิดทางกายภาพของเสาอากาศ
สำหรับคลื่นระนาบที่จับคู่โพลาไรเซชันซึ่งเดินทางมาจากทิศทางที่มีการรับสัญญาณสูงสุด ค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะเชื่อมโยงความหนาแน่นของกำลังที่ตกกระทบกับกำลังที่มีอยู่ที่ขั้วต่อเสาอากาศ
If Sคือความหนาแน่นของกำลังตกกระทบในหน่วย W/m²2และPrถ้ากำลังไฟฟ้าที่ได้รับจริงมีหน่วยเป็นวัตต์:
Pr= SAe
รูรับแสงที่มีประสิทธิภาพขนาดใหญ่ขึ้นจะรวบรวมพลังงานได้มากขึ้นจากสนามแสงตกกระทบเดียวกัน โดยมีเงื่อนไขว่าทิศทางการตกกระทบและโพลาไรเซชันต้องสอดคล้องกัน
ขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะคำนึงถึงประสิทธิภาพการแผ่รังสีและการสูญเสียอื่นๆ ของเสาอากาศ รวมถึงการสูญเสียในตัวนำและฉนวน ดังนั้นจึงเป็นการวัดประสิทธิภาพการรับสัญญาณที่ใช้งานได้จริงมากกว่าขนาดทางกายภาพเพียงอย่างเดียว ประสิทธิภาพของรูรับแสง ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ และความไม่ตรงกันของโพลาไรเซชัน ล้วนสามารถลดกำลังส่งไปยังตัวรับสัญญาณได้
สูตรรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพและอัตราขยายของเสาอากาศ
ขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของเสาอากาศใดๆ นั้นสัมพันธ์กับอัตราขยายของเสาอากาศนั้นGและความยาวคลื่นλโดย:
Ae= Gλ2/(4π)
ในสมการนี้ ให้ใช้ค่าเกนเป็นอัตราส่วนเชิงเส้น ไม่ใช่เดซิเบล (dBi) แปลงค่าเกนด้วยG = 10G(dBi)/10เนื่องจากความยาวคลื่นเท่ากับซี/เอฟค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ในขณะที่ค่าเกนคงที่
ในทางกลับกัน เสาอากาศที่มีขนาดช่องรับสัญญาณทางกายภาพเท่ากัน สามารถให้กำลังขยายสูงกว่าที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า เมื่อประสิทธิภาพของช่องรับสัญญาณยังคงใกล้เคียงกัน ความสัมพันธ์นี้ช่วยให้วิศวกรสามารถเปรียบเทียบความสามารถในการรับสัญญาณในช่วงความถี่ต่างๆ ได้
วิธีการกำหนดขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพ
สามารถคำนวณขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพได้จากค่าเกนที่วัดได้ ซึ่งกำหนดโดยการเปรียบเทียบกับเสาอากาศอ้างอิง หรืออนุมานจากค่าการวัดกำลังรับที่ปรับเทียบแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้มีประโยชน์ในการวางแผนงบประมาณการเชื่อมต่อ การวัดเสาอากาศ และการประมาณค่าความไวของระบบ
สำหรับงานด้านการวัด โปรดศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ RF MISOเสาอากาศฮอร์นแบบอัตราขยายมาตรฐานซึ่งให้ค่าการขยายสัญญาณที่ทราบได้ในช่วงความถี่ที่กำหนด
การใช้ค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพในสมการการส่งผ่านของ Friis
เดอะสมการการส่งผ่านของฟริสเชื่อมโยงกำลังส่ง อัตราขยายของเสาอากาศ ความยาวคลื่น และระยะห่างในการเชื่อมโยงระยะไกลในพื้นที่ว่าง สำหรับอัตราขยายของตัวส่งสัญญาณGtอัตราขยายของตัวรับGrความยาวคลื่นλและระยะทางRโดยจะประมาณกำลังไฟฟ้าที่มีอยู่ ณ เสาอากาศรับสัญญาณ
โดยใช้Pr= SAeทำให้บทบาทของรูรับแสงรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพชัดเจนขึ้น: เสาอากาศส่งสัญญาณสร้างความหนาแน่นของกำลังที่ตัวรับ และเสาอากาศรับสัญญาณแปลงส่วนหนึ่งของสนามนั้นให้เป็นกำลังปลายทาง
การหาที่มาของสูตรการส่งกำลังของ Friis
พิจารณาเสาอากาศสองตัวที่อยู่ห่างกันตามระยะทางRในพื้นที่โล่งที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง เสาอากาศรับสัญญาณต้องอยู่ในระยะไกลจากเสาอากาศส่งสัญญาณ และเสาอากาศทั้งสองควรอยู่ในแนวเดียวกันทั้งทิศทางและโพลาไรเซชัน
If Ptเมื่อส่งกำลังไฟฟ้าหลายวัตต์ไปยังเสาอากาศส่งสัญญาณแบบไอโซโทรปิกในอุดมคติ กำลังไฟฟ้าจะกระจายไปทั่วพื้นผิวของทรงกลม ที่ระยะทางไกลRความหนาแน่นของพลังงานที่ตกกระทบคือ:
รูปที่ 1. เสาอากาศส่งสัญญาณ (Tx) และเสาอากาศรับสัญญาณ (Rx) ที่แยกจากกันด้วยR.
สำหรับเสาอากาศส่งสัญญาณที่ใช้งานได้จริงและมีอัตราขยายGtเมื่อมองไปยังตัวรับ พลังงานความหนาแน่นที่ตกกระทบจะเพิ่มขึ้นตามปัจจัยการขยายนั้น:
หากเสาอากาศรับสัญญาณมีขนาดรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพAeกำลังไฟฟ้าที่ได้รับจริงคือความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าที่ตกกระทบคูณด้วยAe:
เมื่อนำความสัมพันธ์ระหว่างอัตราขยายและขนาดรูรับแสงมาใช้กับเสาอากาศรับสัญญาณ จะได้ผลลัพธ์ดังนี้:
ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่ได้รับจึงสามารถเขียนในรูปแบบที่คุ้นเคยในพื้นที่ว่างได้ดังนี้:
สมการที่ 1.สมการการส่งผ่านของ Friis ในแง่ของความยาวคลื่น
สมการที่ 1ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังส่ง อัตราขยายของเสาอากาศ ความยาวคลื่น และระยะห่าง ใช้ได้กับการแพร่กระจายสัญญาณในระยะไกลโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง ระบบจริงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยเพิ่มเติม เช่น การสูญเสียในสายเคเบิล การสูญเสียในตัวเชื่อมต่อ ข้อผิดพลาดในการชี้เป้า การลดทอนในชั้นบรรยากาศ และผลกระทบอื่นๆ ในการแพร่กระจายสัญญาณ
รูปแบบความถี่ของสมการฟริส
เพราะλ = c/fนอกจากนี้ สมการยังสามารถแสดงในรูปของความถี่ได้อีกด้วย:
สมการที่ 2สมการการส่งผ่านของ Friis ในแง่ของความถี่
ความถี่มีผลต่อกำลังไฟฟ้าที่ได้รับอย่างไร
เมื่อค่าอัตราขยายของเสาอากาศและระยะทางคงที่ สมการของฟริสทำนายว่ากำลังรับสัญญาณจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความยาวคลื่นสั้นลง การเปรียบเทียบนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าค่าอัตราขยายเท่ากันที่แต่ละความถี่
อย่างไรก็ตาม สำหรับเสาอากาศที่มีขนาดช่องรับสัญญาณคงที่ อัตราขยายโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นลดลง ดังนั้น การเชื่อมต่อความถี่สูงและคลื่นมิลลิเมตรจึงสามารถให้ประสิทธิภาพสูงได้ด้วยเสาอากาศแบบทิศทางที่มีอัตราขยายสูง โดยมีเงื่อนไขว่างบประมาณการเชื่อมต่อจะต้องคำนึงถึงความแม่นยำในการชี้เป้า การดูดซับของบรรยากาศ ฝน และการสูญเสียของฮาร์ดแวร์ด้วย
ใช้สมการของ Friis เป็นข้อมูลอ้างอิงในพื้นที่ว่าง แทนที่จะใช้เป็นแบบจำลองการแพร่กระจายสัญญาณโดยสมบูรณ์ สมการนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานการทำงานในระยะไกล ไม่มีสิ่งกีดขวางในแนวสายตา และเสาอากาศอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง
ความไม่สอดคล้องกันของโพลาไรเซชัน
หากเสาอากาศส่งและรับไม่ตรงกันในเรื่องโพลาไรเซชัน ให้คูณกำลังรับสัญญาณในอุดมคติด้วยค่าตัวประกอบการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PLF) สำหรับเวกเตอร์โพลาไรเซชันแบบนอร์มาไลซ์ ค่า PLF จะอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 โดยค่า 1 หมายถึงการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบ รูปแบบทั่วไปด้านล่างนี้รวมถึงพารามิเตอร์ความไม่ตรงกันนี้ด้วย
สมการที่ 3สมการส่งผ่าน Friis แบบทั่วไปที่รวมถึงความไม่ตรงกันของโพลาไรเซชัน
ประเด็นสำคัญ
- ค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพจะแปลงความหนาแน่นของพลังงานที่ตกกระทบให้เป็นพลังงานที่รับได้จริง
- เพื่อผลกำไรGและความยาวคลื่นλ, Ae= Gλ2/(4π).
- ให้ใช้ค่าการขยายเชิงเส้น (linear gain) ไม่ใช่ค่า dBi ในการคำนวณค่ารูรับแสงและค่า Friis
- หลักการของ Friis ใช้ได้กับลิงก์ระยะไกลที่มองเห็นได้โดยตรงในพื้นที่โล่ง งบประมาณลิงก์ที่ใช้งานได้จริงจำเป็นต้องมีการสูญเสียเพิ่มเติม
RF MISO ให้บริการเสาอากาศฮอร์นแบบอัตราขยายมาตรฐานและโซลูชันเสาอากาศ RF อื่นๆ สำหรับการวัด การสอบเทียบ และการบูรณาการระบบติดต่อ RF MISOเพื่อหารือเกี่ยวกับช่วงความถี่ อัตราขยาย และข้อกำหนดของอินเทอร์เฟซ
อีเมล:info@rf-miso.com
เบอร์โทรศัพท์: 0086-028-82695327
วันที่โพสต์: 8 มกราคม 2024
