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Apertura effettiva di l'antenna

Un parametru utile per calculà a putenza di ricezione di un'antenna hè uzona effettivaoapertura effettivaSupponemu chì un'onda piana cù a listessa polarizazione chè l'antenna di ricezione sia incidente nantu à l'antenna. Supponemu ancu chì l'onda viaghja versu l'antenna in a direzzione di massima radiazione di l'antenna (a direzzione da a quale a più putenza seria ricevuta).

Dopu uapertura effettivau parametru descrive quanta putenza hè catturata da una data onda piana. Lasciatepsia a densità di putenza di l'onda piana (in W/m^2). SèP_trapprisenta a putenza (in Watts) à i terminali di l'antenna dispunibile per u ricevitore di l'antenna, tandu:

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Cusì, l'area effettiva rapprisenta simpliciamente quanta putenza hè catturata da l'onda piana è furnita da l'antenna. Questa area tene contu di e perdite intrinseche à l'antenna (perdite ohmiche, perdite dielettriche, ecc.).

Una relazione generale per l'apertura effettiva in termini di u guadagnu di piccu di l'antenna (G) di qualsiasi antenna hè data da:

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L'apertura effettiva o l'area effettiva pò esse misurata nantu à antenne reali per paragone cù un'antenna cunnisciuta cù una data apertura effettiva, o per calculu utilizendu u guadagnu misuratu è l'equazione sopra.

L'apertura effettiva serà un cuncettu utile per calculà a putenza ricevuta da un'onda piana. Per vede questu in azzione, andate à a prossima sezione nantu à a formula di trasmissione di Friis.

L'equazione di trasmissione di Friis

In questa pagina, presentemu una di l'equazioni più fundamentali in a teoria di l'antenna, aEquazione di trasmissione di FriisL'equazione di trasmissione di Friis hè aduprata per calculà a putenza ricevuta da una antenna (cù guadagnuG1), quandu hè trasmessu da un'altra antenna (cù guadagnuG2), separati da una distanzaR, è chì funziona à frequenzafo lunghezza d'onda lambda. Sta pagina vale a pena di leghje un paru di volte è deve esse capita cumpletamente.

Derivazione di Friis Transmission Formula

Per cumincià a derivazione di l'equazione di Friis, cunsiderate duie antenne in u spaziu liberu (senza ostaculi vicini) separate da una distanzaR:

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Supponemu chì (Watts) di putenza tutale sò furniti à l'antenna di trasmissione. Per u mumentu, supponemu chì l'antenna di trasmissione sia omnidirezionale, senza perdita, è chì l'antenna di ricezione sia in u campu luntanu di l'antenna di trasmissione. Allora a densità di putenzap(in Watts per metru quadru) di l'onda piana incidente nantu à l'antenna di ricezione à una distanzaRda l'antenna di trasmissione hè data da:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

Figura 1. Antenne di trasmissione (Tx) è di ricezione (Rx) separate daR.

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Sè l'antenna di trasmissione hà un guadagnu d'antenna in a direzzione di l'antenna di ricezione datu da (), allora l'equazione di densità di putenza sopra diventa:

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U termine di guadagnu tene contu di a direzionalità è di e perdite di una vera antenna. Supponemu avà chì l'antenna di ricezione abbia una apertura effettiva data da(). Allora a putenza ricevuta da sta antenna ( ) hè data da:

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Siccomu l'apertura effettiva per qualsiasi antenna pò ancu esse espressa cum'è:

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A putenza ricevuta risultante pò esse scritta cum'è:

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Equazione 1

Questu hè cunnisciutu cum'è a Formula di Trasmissione di Friis. Relaziona a perdita di percorsu in u spaziu liberu, i guadagni di l'antenna è a lunghezza d'onda à e putenze ricevute è di trasmissione. Questa hè una di l'equazioni fundamentali in a teoria di l'antenna, è deve esse ricurdata (cum'è a derivazione sopra).

Un'altra forma utile di l'equazione di trasmissione di Friis hè data in l'equazione [2]. Siccomu a lunghezza d'onda è a frequenza f sò ligate à a velocità di a luce c (vede l'introduzione à a pagina di frequenza), avemu a formula di trasmissione di Friis in termini di frequenza:

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Equazione2

L'equazione [2] mostra chì si perde più putenza à frequenze più alte. Questu hè un risultatu fundamentale di l'equazione di trasmissione di Friis. Questu significa chì per l'antenne cù guadagni specificati, u trasferimentu d'energia serà u più altu à frequenze più basse. A differenza trà a putenza ricevuta è a putenza trasmessa hè cunnisciuta cum'è perdita di percorsu. Detta in un modu diversu, l'equazione di trasmissione di Friis dice chì a perdita di percorsu hè più alta per e frequenze più alte. L'impurtanza di questu risultatu da a formula di trasmissione di Friis ùn pò esse sopravvalutata. Hè per quessa chì i telefoni cellulari generalmente operanu à menu di 2 GHz. Ci pò esse più spettru di frequenza dispunibule à frequenze più alte, ma a perdita di percorsu assuciata ùn permetterà micca una ricezione di qualità. Cum'è ulteriore cunsequenza di l'equazione di trasmissione di Friss, supponemu chì vi sia dumandatu nantu à l'antenne di 60 GHz. Nutendu chì sta frequenza hè assai alta, pudete affirmà chì a perdita di percorsu serà troppu alta per a cumunicazione à longa distanza - è avete assolutamente ragione. À frequenze assai alte (60 GHz hè qualchì volta chjamatu regione mm (onda millimetrica)), a perdita di percorsu hè assai alta, dunque solu a cumunicazione puntu à puntu hè pussibule. Questu accade quandu u ricevitore è u trasmettitore sò in a stessa stanza, è si trovanu unu di fronte à l'altru. Cum'è un ulteriore currollariu di a Formula di Trasmissione di Friis, pensate chì l'operatori di telefonia mobile sò cuntenti di a nova banda LTE (4G), chì funziona à 700 MHz? A risposta hè sì: questa hè una frequenza più bassa di quella à a quale l'antenne operanu tradiziunalmente, ma da l'equazione [2], notemu chì a perdita di percorsu serà dunque ancu più bassa. Dunque, ponu "cuprì più terrenu" cù questu spettru di frequenza, è un dirigente di Verizon Wireless hà recentemente chjamatu questu "spettru di alta qualità", precisamente per questa ragione. Nota à margine: D’altronde, i pruduttori di telefoni cellulari devenu installà un'antenna cù una lunghezza d'onda più grande in un dispositivu compactu (frequenza più bassa = lunghezza d'onda più grande), dunque u travagliu di u cuncepitore di l'antenna hè diventatu un pocu più cumplicatu!

Infine, se l'antenne ùn sò micca polarizzate, a putenza ricevuta sopra puderia esse multiplicata per u Fattore di Perdita di Polarizazione (PLF) per tene contu currettamente di sta discrepanza. L'equazione [2] sopra pò esse mudificata per pruduce una Formula di Trasmissione di Friis generalizzata, chì include a discrepanza di polarizazione:

11 anni

Equazione3


Data di publicazione: 8 di ghjennaghju di u 2024

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