Bir antenin alım gücünü hesaplarken kullanışlı bir parametre şudur:etkili alanveyaetkili açıklıkAnten üzerine, alıcı antenle aynı polarizasyona sahip düzlemsel bir dalganın geldiğini varsayalım. Ayrıca, dalganın antene doğru, antenin maksimum radyasyon yönünde (en fazla gücün alınacağı yönde) ilerlediğini varsayalım.
Sonraetkili açıklıkBu parametre, belirli bir düzlem dalgadan ne kadar güç yakalandığını tanımlar.pDüzlem dalganın güç yoğunluğu (W/m²) olsun.P_tEğer bu, antenin alıcısına anten terminallerinden sağlanan gücü (Watt cinsinden) temsil ediyorsa, o zaman:
Dolayısıyla, etkin alan basitçe düzlem dalgadan ne kadar güç yakalandığını ve anten tarafından iletildiğini gösterir. Bu alan, antene özgü kayıpları (ohmik kayıplar, dielektrik kayıplar vb.) da hesaba katar.
Herhangi bir antenin tepe anten kazancı (G) cinsinden etkin açıklığı için genel bir ilişki şu şekilde verilir:
Etkin açıklık veya etkin alan, bilinen ve belirli bir etkin açıklığa sahip bir antenle karşılaştırılarak veya ölçülen kazanç ve yukarıdaki denklem kullanılarak hesaplanarak gerçek antenler üzerinde ölçülebilir.
Etkin açıklık, düzlem dalgadan alınan gücü hesaplamak için faydalı bir kavram olacaktır. Bunu uygulamada görmek için, Friis iletim formülü hakkındaki bir sonraki bölüme geçin.
Friis İletim Denklemi
Bu sayfada, anten teorisindeki en temel denklemlerden birini tanıtıyoruz:Friis İletim DenklemiFriis İletim Denklemi, tek bir antenden (kazançlı) alınan gücü hesaplamak için kullanılır.G1başka bir antenden iletildiğinde (kazançla birlikte),G2), bir mesafeyle ayrılmışRve frekansta çalışıyorfveya lambda dalga boyu. Bu sayfayı birkaç kez okumak ve tamamen anlamak faydalı olacaktır.
Friis İletim Formülünün Türetilmesi
Friis denkleminin türetilmesine başlamak için, serbest uzayda (yakınında hiçbir engel bulunmayan) belirli bir mesafeyle ayrılmış iki anteni ele alalım.R:
İletim antenine toplam ( ) Watt güç verildiğini varsayalım. Şimdilik, iletim anteninin çok yönlü, kayıpsız olduğunu ve alıcı antenin iletim anteninin uzak alanında olduğunu varsayalım. O halde güç yoğunluğupAlıcı antene belirli bir mesafede gelen düzlem dalganın (Watt/metrekare cinsinden) gücü.Rİletim anteninden gelen sinyal şu şekilde verilir:
Şekil 1. İletim (Tx) ve Alım (Rx) Antenleri, aralarındaki mesafe ile gösterilmiştir.R.
Eğer verici antenin alıcı anten yönündeki anten kazancı ( ) ile veriliyorsa, yukarıdaki güç yoğunluğu denklemi şu hale gelir:
Kazanç terimi, gerçek bir antenin yönlülüğünü ve kayıplarını hesaba katar. Şimdi, alıcı antenin etkin açıklığının şu şekilde verildiğini varsayalım:( )O halde bu antenin ( ) aldığı güç şu şekilde verilir:
Herhangi bir antenin etkin açıklığı şu şekilde de ifade edilebileceğinden:
Elde edilen güç şu şekilde yazılabilir:
Denklem1
Bu, Friis İletim Formülü olarak bilinir. Serbest uzay yol kaybını, anten kazançlarını ve dalga boyunu alınan ve iletilen güçlerle ilişkilendirir. Bu, anten teorisindeki temel denklemlerden biridir ve (yukarıdaki türetme ile birlikte) hatırlanmalıdır.
Friis İletim Denkleminin bir diğer kullanışlı biçimi Denklem [2]'de verilmiştir. Dalga boyu ve frekans f, ışık hızı c ile ilişkili olduğundan (frekans giriş sayfasına bakınız), frekans cinsinden Friis İletim Formülüne sahibiz:
Denklem2
Denklem [2], daha yüksek frekanslarda daha fazla güç kaybı olduğunu göstermektedir. Bu, Friis İletim Denkleminin temel bir sonucudur. Bu, belirli kazançlara sahip antenler için enerji transferinin daha düşük frekanslarda en yüksek olacağı anlamına gelir. Alınan güç ile iletilen güç arasındaki fark, yol kaybı olarak bilinir. Başka bir deyişle, Friis İletim Denklemi, yol kaybının daha yüksek frekanslar için daha yüksek olduğunu söyler. Friis İletim Formülünden elde edilen bu sonucun önemi abartılamaz. Bu nedenle cep telefonları genellikle 2 GHz'den daha düşük frekanslarda çalışır. Daha yüksek frekanslarda daha fazla frekans spektrumu mevcut olabilir, ancak ilgili yol kaybı kaliteli alıma olanak sağlamayacaktır. Friis İletim Denkleminin bir diğer sonucu olarak, 60 GHz antenler hakkında soru sorulduğunu varsayalım. Bu frekansın çok yüksek olduğunu göz önünde bulundurarak, yol kaybının uzun menzilli iletişim için çok yüksek olacağını söyleyebilirsiniz - ve kesinlikle haklısınız. Çok yüksek frekanslarda (60 GHz bazen mm (milimetre dalga) bölgesi olarak adlandırılır), yol kaybı çok yüksektir, bu nedenle yalnızca noktadan noktaya iletişim mümkündür. Bu, alıcı ve vericinin aynı odada ve birbirine dönük olduğu durumlarda meydana gelir. Friis İletim Formülünün bir diğer sonucu olarak, mobil telefon operatörlerinin 700 MHz'de çalışan yeni LTE (4G) bandından memnun olduklarını düşünüyor musunuz? Cevap evet: Bu, antenlerin geleneksel olarak çalıştığı frekanstan daha düşük bir frekanstır, ancak Denklem [2]'den, yol kaybının da bu nedenle daha düşük olacağını görüyoruz. Bu nedenle, bu frekans spektrumuyla "daha fazla alanı kapsayabilirler" ve bir Verizon Wireless yöneticisi yakın zamanda bunu tam da bu nedenle "yüksek kaliteli spektrum" olarak adlandırdı. Yan Not: Öte yandan, cep telefonu üreticilerinin daha büyük dalga boyuna sahip bir anteni kompakt bir cihaza sığdırmaları gerekecek (daha düşük frekans = daha büyük dalga boyu), bu nedenle anten tasarımcısının işi biraz daha karmaşık hale geldi!
Son olarak, antenler polarizasyon uyumlu değilse, yukarıdaki alınan güç, bu uyumsuzluğu doğru bir şekilde hesaba katmak için Polarizasyon Kayıp Faktörü (PLF) ile çarpılabilir. Yukarıdaki Denklem [2], polarizasyon uyumsuzluğunu içeren genelleştirilmiş bir Friis İletim Formülü üretmek için değiştirilebilir:
Denklem3
Yayın tarihi: 08 Ocak 2024

