Wat is de effectieve apertuur van een antenne?
Deeffectieve opening van een antenne, ook wel genoemdeffectief gebied (Ae), beschrijft hoe effectief een ontvangstantenne energie opvangt van een invallende elektromagnetische golf. Het is een equivalent ontvangstoppervlak, niet per se de fysieke opening van de antenne.
Voor een polarisatie-aangepaste vlakke golf die vanuit de richting van maximale ontvangst aankomt, koppelt de effectieve apertuur de invallende vermogensdichtheid aan het vermogen dat beschikbaar is bij de antenne-aansluitingen.
If Sis de invallende vermogensdichtheid in W/m²2EnPrAls het beschikbare ontvangen vermogen in watt is, dan:
Pr= SAe
Een grotere effectieve opening vangt meer vermogen op uit hetzelfde invallende veld, mits de aankomstrichting en polarisatie op elkaar zijn afgestemd.
De effectieve apertuur houdt rekening met de stralingsefficiëntie en andere antenneverliezen, waaronder geleider- en diëlektrische verliezen. Het meet daarom de bruikbare ontvangstprestaties in plaats van alleen de fysieke afmetingen. Apertuurefficiëntie, impedantie-mismatch en polarisatie-mismatch kunnen allemaal het vermogen dat aan de ontvanger wordt geleverd verminderen.
Formule voor effectieve apertuur en antenneversterking
De maximale effectieve apertuur van een antenne is gerelateerd aan de versterking ervan.Gen golflengteλdoor:
Ae= Gλ2/(4π)
Gebruik de versterking als een lineaire verhouding, niet als dBi, in deze vergelijking. Converteer de versterking metG = 10G(dBi)/10Omdat de golflengte gelijk is aanc/fDe effectieve apertuur neemt af bij toenemende frequentie wanneer de versterking constant wordt gehouden.
Omgekeerd kunnen antennes met dezelfde fysieke opening een hogere versterking bereiken bij kortere golflengten wanneer de efficiëntie van de opening vergelijkbaar blijft. Deze relatie helpt ingenieurs om het ontvangstvermogen over verschillende frequenties te vergelijken.
Hoe wordt het effectieve diafragma bepaald?
De effectieve apertuur kan worden berekend op basis van de gemeten versterking, bepaald door vergelijking met een referentieantenne, of afgeleid uit gekalibreerde ontvangstvermogenmetingen. Het resultaat is nuttig voor linkbudgetten, antennemetingen en schattingen van de systeemgevoeligheid.
Voor meettoepassingen kunt u de mogelijkheden van RF MISO verkennen.standaard hoornantennes, die een bekende versterking bieden over gespecificeerde frequentiebanden.
Het effectieve diafragma gebruiken in de Friis-transmissievergelijking
DeFriis-transmissievergelijkingverbindt het zendvermogen, de antenneversterking, de golflengte en de scheidingsafstand in een vrije-ruimteverbinding over lange afstand. Voor de zenderversterkingGt, ontvangerversterkingGr, golflengteλen afstandRHet schat het beschikbare vermogen bij de ontvangstantenne.
Gebruikmaken vanPr= SAeDit maakt de rol van de effectieve ontvangstopening expliciet: de zendantenne bepaalt de vermogensdichtheid bij de ontvanger, en de ontvangstantenne zet een deel van dat veld om in eindvermogen.
Het afleiden van de Friis-transmissieformule
Beschouw twee antennes die op een bepaalde afstand van elkaar geplaatst zijn.RIn een onbelemmerde vrije ruimte. De ontvangstantenne moet zich in het verre veld van de zender bevinden en de antennes moeten in richting en polarisatie op elkaar zijn afgestemd.
If PtWanneer een bepaald vermogen (in watt) wordt geleverd aan een ideale isotrope zendantenne, verspreidt het vermogen zich over het oppervlak van een bol. Op afstandRDe invallende vermogensdichtheid is:
Figuur 1. Zend- (Tx) en ontvangstantennes (Rx) gescheiden doorR.
Voor een praktische zendantenne met versterkingGtIn de richting van de ontvanger neemt de invallende vermogensdichtheid toe met die versterkingsfactor:
Als de ontvangstantenne een effectieve opening heeftAeHet beschikbare ontvangen vermogen is de invallende vermogensdichtheid vermenigvuldigd metAe:
Door de relatie tussen versterking en apertuur te substitueren voor de ontvangende antenne, verkrijgen we:
Het ontvangen vermogen kan daarom in de bekende vrije-ruimtevorm worden geschreven:
Vergelijking 1.Friis-transmissievergelijking in termen van golflengte.
Vergelijking 1Deze formule relateert zendvermogen, antenneversterking, golflengte en scheidingsafstand. Ze is geldig voor zichtlijnpropagatie in de vrije ruimte in het verre veld. In reële systemen zijn aanvullende termen nodig voor kabelverlies, connectorverlies, richtfout, atmosferische demping en andere propagatie-effecten.
Frequentievorm van de Friis-vergelijking
Omdatλ = c/fDe vergelijking kan ook in termen van frequentie worden uitgedrukt:
Vergelijking 2.De transmissievergelijking van Friis uitgedrukt in frequentie.
Hoe frequentie het ontvangen vermogen beïnvloedt
Als de antenneversterking en de afstand constant worden gehouden, voorspelt de Friis-vergelijking een lager ontvangen vermogen naarmate de frequentie toeneemt, omdat de golflengte korter wordt. Deze vergelijking gaat ervan uit dat de versterking bij elke frequentie gelijk is.
Voor antennes met een vaste fysieke opening neemt de versterking over het algemeen toe naarmate de golflengte afneemt. Hoogfrequente en millimetergolfverbindingen kunnen daarom uitstekende prestaties leveren met directionele antennes met een hoge versterking, mits in het verbindingsbudget ook rekening wordt gehouden met richtnauwkeurigheid, atmosferische absorptie, regen en hardwareverliezen.
Gebruik de Friis-vergelijking als referentie voor vrije ruimte in plaats van een volledig propagatiemodel. Deze vergelijking gaat uit van werking op grote afstand, een onbelemmerd zicht en correct uitgelijnde antennes.
Polarisatie-mismatch
Als de zend- en ontvangstantennes niet polarisatie-aangepast zijn, vermenigvuldig dan het ideale ontvangen vermogen met de polarisatieverliesfactor (PLF). Voor genormaliseerde polarisatievectoren varieert de PLF van 0 tot 1; een waarde van 1 staat voor perfecte aanpassing. De onderstaande algemene formule bevat deze mismatch-term.
Vergelijking 3.Gegeneraliseerde Friis-transmissievergelijking inclusief polarisatie-mismatch.
Belangrijkste conclusies
- De effectieve apertuur zet de invallende vermogensdichtheid om in beschikbaar ontvangen vermogen.
- Om winst te makenGen golflengteλ, Ae= Gλ2/(4π).
- Gebruik lineaire versterking, niet dBi, bij het berekenen van de opening en de Friis-waarde.
- Friis is van toepassing op verbindingen in de vrije ruimte over grote afstanden en met rechtstreeks zicht; praktische budgetten voor verbindingen vereisen extra verliezen.
RF MISO biedtstandaard hoornantennesen andere RF-antenneoplossingen voor meting, kalibratie en systeemintegratie.Neem contact op met RF MISOom het frequentiebereik, de versterking en de interfacevereisten te bespreken.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefoon: 0086-028-82695327
Geplaatst op: 8 januari 2024
