Otwór anteny



Wszystka wiedza, jaką ludzie zgromadzili przez wieki na temat Otwór anteny, jest teraz dostępna w Internecie, a my zebraliśmy ją i uporządkowaliśmy dla Ciebie w najbardziej przystępny sposób. Chcemy, abyś mógł szybko i sprawnie uzyskać dostęp do wszystkich informacji o Otwór anteny, które chcesz poznać, aby Twoje doświadczenie było przyjemne i abyś czuł, że naprawdę znalazłeś informacje o Otwór anteny, których szukałeś.

Aby osiągnąć nasze cele, dołożyliśmy starań nie tylko w celu uzyskania najbardziej aktualnych, zrozumiałych i prawdziwych informacji o Otwór anteny, ale także upewniliśmy się, że wygląd, czytelność, szybkość ładowania i użyteczność strony są tak przyjemne, jak to tylko możliwe, abyś mógł skupić się na tym, co najważniejsze, czyli na poznaniu wszystkich dostępnych danych i informacji o Otwór anteny, bez konieczności martwienia się o cokolwiek innego - my już zajęliśmy się tym za Ciebie. Mamy nadzieję, że udało nam się osiągnąć nasz cel i że użytkownik znalazł poszukiwane informacje o Otwór anteny. Witamy Cię i zachęcamy do dalszego korzystania z scientiapl.com .

W elektromagnetycznych i anteny teorii, anteny otworu , efektywny obszar lub odbierania przekroju jest miar skutecznoci antena jest odbioru mocy promieniowania elektromagnetycznego (na przykad fale radiowe ). Apertura jest zdefiniowana jako obszar zorientowany prostopadle do kierunku nadchodzcej fali elektromagnetycznej , który przechwyci tak sam ilo mocy z tej fali, jaka jest wytwarzana przez odbierajc j anten. Zaómy, e fala paska w okrelonym kierunku ma irradiancj lub gsto strumienia mocy ; jest to ilo energii przechodzca przez jednostk powierzchni jednego metra kwadratowego. Nastpnie, jeli antena dostarcza waty do obcienia podczonego do jej zacisków wyjciowych (np. odbiornika) napromieniowanego przez jednorodne pole gstoci mocy watów na metr kwadratowy, apertura anteny dla kierunku tej fali paskiej jest wyraona w metrach kwadratowych. :

.

Tak wic moc odbierana przez anten (w watach) jest równa gstoci mocy energii elektromagnetycznej (w watach na metr kwadratowy) pomnoonej przez jej apertur (w metrach kwadratowych). Fale radiowe z kierunku, w którym apertura anteny jest wiksza, zbieraj wiksz ilo mocy tej fali; jest to czciej okrelane jako zysk anteny . Aby faktycznie uzyska dostpn moc , przychodzce promieniowanie musi by w stanie polaryzacji okrelonym dla tej anteny, a impedancja obcienia (odbiornika) musi by dopasowana do impedancji punktu zasilania anteny.

Znaczenie apertury opiera si zatem na antenie odbiorczej , jednak do nadawania moe by równie uyta kada antena odbiorcza. Dziki wzajemnoci zysk anteny w odbiorze i nadawaniu jest identyczny, wic moc transmitowana przez anten w rónych kierunkach ( wzorzec promieniowania ) jest zawsze proporcjonalna do efektywnej powierzchni w kadym kierunku; ten wspóczynnik proporcjonalnoci wyprowadzono poniej. Gdy nie okrelono kierunku, (lub wzmocnienie anteny) naley rozumie, e odnosi si do jego maksymalnej wartoci, to jest w zamierzonym kierunku (kierunkach), z którego antena ma odbiera i/lub nadawa.

Sprawno przysony

Ogólnie rzecz biorc, apertury anteny nie mona bezporednio wywnioskowa z jej fizycznego rozmiaru. Jednak tak zwane anteny aperturowe, takie jak anteny paraboliczne i anteny tubowe , maj duy (w stosunku do dugoci fali) obszar fizyczny, który jest nieprzezroczysty dla takiego promieniowania, zasadniczo rzucajc cie na fal pask, a tym samym usuwajc pewn ilo mocy z oryginau Belka. Ta moc usunita z fali paskiej moe by faktycznie odebrana przez anten (przeksztacona w energi elektryczn) lub moe zosta odbita lub w inny sposób rozproszona, lub moe zosta pochonita (przeksztacona w ciepo). W tym przypadku efektywna apertura jest zawsze mniejsza (lub równa) powierzchni fizycznej apertury anteny , poniewa uwzgldnia tylko cz tej fali faktycznie odbieran jako energia elektryczna. Przyson anteny wydajno otwór , okrela si jako stosunek tych dwóch obszarach:

Wydajno apertury to bezwymiarowy parametr z zakresu od 0 do 1,0, który mierzy, jak blisko antena zblia si do wykorzystania caej mocy fal radiowych przecinajcych jej fizyczn apertur. Gdyby sprawno apertury wynosia 100%, wtedy caa moc fali padajca na jej apertur fizyczn byaby zamieniana na energi elektryczn dostarczan do obcienia podczonego do jego zacisków wyjciowych, wic te dwa obszary byyby równe . Jednak ze wzgldu na nierównomierne owietlenie przez posuw parabolicznej czaszy , a take inne mechanizmy rozpraszania lub strat, w praktyce nie jest to osigane. Poniewa koszt anteny parabolicznej i obcienie wiatrem wzrastaj wraz z fizycznym rozmiarem apertury, moe istnie silna motywacja do ich zmniejszenia (przy osigniciu okrelonego zysku anteny) poprzez maksymalizacj wydajnoci apertury. Sprawnoci apertury typowych anten aperturowych wahaj si od 0,35 do znacznie ponad 0,70.

Zauwa, e kiedy mówi si po prostu o sprawnoci anteny, to najczciej chodzi o efektywno promieniowania , miar, która dotyczy wszystkich anten (nie tylko anten aperturowych) i uwzgldnia tylko zmniejszenie wzmocnienia spowodowane stratami . Poza antenami aperturowymi wikszo anten skada si z cienkich drutów lub prtów o maym fizycznym polu przekroju (na ogó znacznie mniejszym ni ), dla którego wydajno apertury nie jest nawet zdefiniowana.

Przysona i wzmocnienie

Kierunkowo anteny, jego zdolnoci do kierowania fal radiowych, korzystnie tylko w jednym kierunku lub otrzymywa korzystnie z okrelonym kierunku, wyraa si parametrem zwanym anteny wzmocnienia . Jest to najczciej definiowane jako stosunek mocy odbieranej przez t anten z fal w danym kierunku do mocy, jaka byaby odbierana przez idealn anten izotropow , czyli hipotetyczn anten, która odbiera moc równie dobrze ze wszystkich kierunków. Wida, e (dla anten o danej czstotliwoci) zysk jest równie równy stosunkowi apertur tych anten

Jak pokazano poniej, apertura bezstratnej anteny izotropowej, która zgodnie z t definicj ma zysk jednoci, wynosi

gdzie jest dugo fali fal radiowych. Wic

.

Tak wic anteny z duymi efektywnymi aperturami s uwaane za anteny o duym zysku (lub anteny wizkowe ), które maj stosunkowo mae szerokoci wizki ktowej . Jako anteny odbiorcze s znacznie bardziej czue na fale radiowe nadchodzce z preferowanego kierunku w porównaniu z falami nadchodzcymi z innych kierunków (co byoby uwaane za zakócenia). Jako anteny nadawcze wikszo ich mocy jest emitowana w okrelonym kierunku kosztem innych kierunków. Chocia zysk anteny i efektywna apertura s funkcjami kierunku, gdy nie okrelono kierunku, naley rozumie, e odnosz si one do ich maksymalnych wartoci, to znaczy do kierunku(-ów) zamierzonego zastosowania anteny (okrelanego równie jako gówny pat anteny lub celownik ).

Formua transmisji Friis

Cz mocy dostarczanej do anteny nadawczej, która jest odbierana przez anten odbiorcz, jest proporcjonalna do iloczynu otworów obu anten i odwrotnie proporcjonalna do odlegoci midzy antenami i dugoci fali. Jest to podane w postaci wzoru na transmisj Friisa :.

gdzie:

  • czy moc jest dostarczana do zacisków wejciowych anteny nadawczej;
  • to moc dostpna na zaciskach wyjciowych anteny odbiorczej;
  • jest efektywnym obszarem anteny odbiorczej;
  • jest efektywnym obszarem anteny nadawczej;
  • to odlego midzy antenami. Wzór jest wany tylko dla wystarczajco duych, aby zapewni paskie czoo fali w antenie odbiorczej, wystarczajco aproksymowane przez gdzie jest najwikszy wymiar liniowy kadej z anten.
  • to dugo fali czstotliwoci radiowej;

Efektywna dugo

Wikszo konstrukcji anten nie jest zdefiniowana przez obszar fizyczny, ale skada si z przewodów lub cienkich prtów; wtedy efektywna apertura nie ma wyranego zwizku z rozmiarem lub powierzchni anteny. Alternatywn miar odpowiedzi anteny, która ma wikszy zwizek z fizyczn dugoci takich anten, jest efektywna dugo l eff mierzona w metrach, która jest zdefiniowana dla anteny odbiorczej jako:

gdzie

V 0 to napicie w obwodzie otwartym pojawiajce si na zaciskach anteny
E s to natenie pola elektrycznego anteny, wyraone w woltach na metr.

Im dusza efektywna dugo, tym wiksze napicie pojawiajce si na jej zaciskach, jednak rzeczywista moc implikowana przez to napicie zaley od impedancji punktu zasilania anteny, wic nie moe by to bezporednio zwizane z zyskiem anteny, który jest miar odbieranej mocy (ale nie bezporednio okreli napicie lub prd). Na przykad dipol pófalowy ma znacznie wiksz dugo efektywn ni dipol krótki. Jednak efektywny obszar krótkiego dipola jest prawie tak duy, jak w przypadku anteny pófalowej, poniewa (idealnie), przy idealnym dopasowaniu impedancji sieci, moe odbiera prawie tyle samo mocy z tej fali. Naley zauway, e dla danej anteny feedpoint impedancji, uzyska anteny lub eff wzrasta zgodnie z kwadratu o l eff , tak e skuteczna dugo anteny w rónych kierunkach w stosunku do fali poda za pierwiastek kwadratowy z korzyci w tych kierunkach. Ale poniewa zmiana fizycznego rozmiaru anteny nieuchronnie zmienia impedancj (czsto o duym wspóczynniku), efektywna dugo sama w sobie nie jest uyteczn wartoci do opisania szczytowej kierunkowoci anteny i ma bardziej znaczenie teoretyczne.

Wyprowadzenie apertury anteny z rozwaa termodynamicznych

Apertura anteny izotropowej , podstawa powyszej definicji wzmocnienia, moe by wyprowadzona na podstawie zgodnoci z termodynamik. Zaómy, e idealne izotropowego anteny A z impedancji punkt napdowy z R znajduje si w zamknitym ukadzie (UC) w stanie równowagi termodynamicznej w temperaturze T . Podczamy zaciski antenowe do rezystora równie o rezystancji R w drugim ukadzie zamknitym (CR) równie w temperaturze T . W midzyczasie, dowolna bezstratnego filtr F moe by woony, który przepuszcza tylko niektóre skadowe czstotliwociowe.

Kada wnka jest w równowadze termicznej, a zatem jest wypeniona promieniowaniem ciaa doskonale czarnego z powodu temperatury T . Rezystor, ze wzgldu na t temperatur, wygeneruje napicie w obwodzie otwartym z powodu szumu Johnsona-Nyquista, którego gsto widmowa redniokwadratowa jest podana przez

gdzie jest czynnik kwantowo-mechaniczny majcy zastosowanie do czstotliwoci f; w normalnych temperaturach i czstotliwociach elektronowych, ale ogólnie jest to

.

Ilo energii dostarczanej przez ródo elektryczne impedancji R w dopasowane obcienia (to jest co impedancji R , takie jak anteny CA), którego skuteczna napicie obwodu otwartego jest V rms jest podane przez

Napicie rednich kwadratów mog by uznane przez wczenie wyej równanie gstoci widmowej o rednich kwadratów napicia szumu na czstotliwociach przeszy przez filtr F v . Dla uproszczenia rozwamy po prostu F jako filtr wskopasmowy o szerokoci pasma B 1 wokó czstotliwoci rodkowej f 1 , w którym to przypadku caka upraszcza si nastpujco:

Ta moc z powodu szumu Johnsona z rezystora jest odbierana przez anten, która promieniuje j do zamknitego systemu CA.

Ta sama antena, skpana w promieniowaniu ciaa doskonale czarnego o temperaturze T , otrzymuje widmow radiancj (moc na jednostk powierzchni na jednostk czstotliwoci na jednostk kta bryowego) okrelon przez prawo Plancka :

stosujc notacj zdefiniowan powyej.

Jednak to promieniowanie jest niespolaryzowane, podczas gdy antena jest wraliwa tylko na jedn polaryzacj, zmniejszajc j o wspóczynnik 1/2. Aby znale cakowit moc promieniowania ciaa doskonale czarnego przyjmowan przez anten, musimy scakowa t ilo razy zakadany obszar przekroju anteny A eff po caym kcie bryowym i po caej czstotliwoci f:

Poniewa przyjlimy promiennik izotropowy, A eff jest niezalene od kta, wic cakowanie po kcie bryowym jest trywialne, wprowadzajc wspóczynnik 4. I znowu moemy wzi prosty przypadek wskopasmowej funkcji filtra elektronicznego F , która przekazuje moc pasma B 1 tylko wokó czstotliwoci f 1 . Caka podwójna nastpnie upraszcza si do:

gdzie to dugo fali w wolnej przestrzeni odpowiadajca czstotliwoci f 1 .

Poniewa kady system znajduje si w równowadze termodynamicznej w tej samej temperaturze, nie oczekujemy przeniesienia mocy netto midzy wnkami. W przeciwnym razie jedna wnka nagrzewaaby si, a druga ostyga, z naruszeniem drugiej zasady termodynamiki . Dlatego moce pynce w obu kierunkach musz by równe

Nastpnie moemy obliczy A eff , pole przekroju poprzecznego przechwycone przez anten izotropow:

Stwierdzamy zatem, e w przypadku hipotetycznej anteny izotropowej termodynamika wymaga, aby efektywny przekrój anteny odbiorczej mia pole 2 /4. Ten wynik mona dalej uogólni, jeli pozwolimy, aby caka po czstotliwoci bya bardziej ogólna. Nastpnie stwierdzamy, e A eff dla tej samej anteny musi zmienia si wraz z czstotliwoci zgodnie z tym samym wzorem, uywajc =c/f. Co wicej, cak po kcie staym mona uogólni dla anteny, która nie jest izotropowa (to znaczy, jakakolwiek prawdziwa antena!). Poniewa kt przychodzcego promieniowania elektromagnetycznego wchodzi tylko w A eff w powyszej cace, dochodzimy do prostego, ale mocnego wyniku, e rednia efektywnego przekroju A eff we wszystkich ktach przy dugoci fali musi by równie dana przez

.

.

Chocia powysze jest wystarczajcym dowodem, moemy zauway, e warunek, w którym impedancja anteny wynosi R, podobnie jak rezystor, równie moe by zagodzony. W zasadzie kada impedancja anteny (która nie jest cakowicie reaktywna) moe by dopasowana do rezystora R poprzez wstawienie odpowiedniej (bezstratnej) sieci dopasowujcej . Wobec tego, e sie jest bezstratna , uprawnienia P A i P R nadal pyn w przeciwnych kierunkach, mimo e napicie i prd widoczne na anten i rezystora bd si róni. Gsto widmowa przepywu mocy w obu kierunkach nadal bdzie podawana przez , iw rzeczywistoci jest to gsto widmowa mocy szumu cieplnego zwizana z jednym modem elektromagnetycznym , czy to w wolnej przestrzeni, czy te przesyana elektrycznie. Poniewa istnieje tylko jedno poczenie z rezystorem, sam rezystor reprezentuje jeden tryb. A antena, równie posiadajca pojedyncze poczenie elektryczne, sprzga jeden mod pola elektromagnetycznego zgodnie z jej rednim efektywnym przekrojem poprzecznym .

Bibliografia

Uwagi

Opiniones de nuestros usuarios

Anka Michalski

Bardzo ciekawy ten post o Otwór anteny.

Kate Krük

Dzięki za ten post na Otwór anteny, właśnie tego potrzebowałem

Marcelina Kwiatkowski

Podane informacje o zmiennej Otwór anteny są prawdziwe i bardzo przydatne. Dobrze.