Антеннаның қабылдау қуатын есептейтін пайдалы параметр - бұлтиімді аймақнемесетиімді диафрагмаҚабылдау антеннасымен бірдей поляризациясы бар жазық толқын антеннаға түседі деп есептейік. Сонымен қатар, толқын антеннаға қарай антеннаның максималды сәулелену бағытымен (ең көп қуат алынатын бағыт) қозғалады деп есептейік.

Содан кейінтиімді диафрагмапараметр берілген жазық толқыннан қанша қуат алынатынын сипаттайды.pжазық толқынның қуат тығыздығы болсын (Вт/м^2). ЕгерP_tантеннаның қабылдағышына қолжетімді антенна терминалдарындағы қуатты (Ваттпен) білдіреді, содан кейін:

Демек, тиімді аймақ жай ғана жазық толқыннан қанша қуат алынатынын және антеннамен қанша қуат жеткізілетінін көрсетеді. Бұл аймақ антеннаға тән шығындарды (омдық шығындар, диэлектрлік шығындар және т.б.) ескереді.

Кез келген антеннаның антеннаның шыңдық күшейтуі (G) тұрғысынан тиімді диафрагманың жалпы қатынасы келесідей беріледі:

Тиімді апертураны немесе тиімді ауданды нақты антенналарда берілген тиімді апертурасы бар белгілі антеннамен салыстыру немесе өлшенген күшейту мен жоғарыдағы теңдеуді пайдаланып есептеу арқылы өлшеуге болады.

Тиімді диафрагма жазық толқыннан алынған қуатты есептеу үшін пайдалы тұжырымдама болады. Мұны іс жүзінде көру үшін Фриистің беріліс формуласының келесі бөліміне өтіңіз.

Friis трансмиссия теңдеуі

Бұл бетте біз антенна теориясындағы ең іргелі теңдеулердің бірін, яғниФриис беріліс теңдеуіФриистің беріліс теңдеуі бір антеннадан алынатын қуатты (күшейтумен) есептеу үшін қолданылады.G1), басқа антеннадан берілгенде (күшейтумен)G2), қашықтықпен бөлінгенRжәне жиілікте жұмыс істейдіfнемесе толқын ұзындығы лямбдасы. Бұл бетті бірнеше рет оқуға тұрарлық және толық түсіну керек.

Friis трансмиссия формуласын шығару

Фриис теңдеуін шығаруды бастау үшін, бос кеңістікте (жақын маңда кедергілер жоқ) қашықтықпен бөлінген екі антеннаны қарастырайық.R:

Таратушы антеннаға жалпы қуат () ватт беріледі деп есептейік. Қазіргі уақытта таратушы антенна барлық бағытта, шығынсыз және қабылдау антеннасы таратушы антеннаның алыс өрісінде орналасқан деп есептейік. Сонда қуат тығыздығыp(шаршы метрге ваттпен) қабылдау антеннасына түсетін жазық толқынның қашықтыққаRТаратушы антеннадан келесі түрде беріледі:

1-сурет. Таратушы (Tx) және қабылдаушы (Rx) антенналары бөлінгенR.

Егер таратушы антеннаның () арқылы берілген қабылдаушы антенна бағытында антенна күшейтуі болса, онда жоғарыдағы қуат тығыздығының теңдеуі келесідей болады:

Нақты антеннаның бағыты мен шығындарындағы күшейту коэффициентінің факторлары. Енді қабылдау антеннасының тиімді диафрагмасы берілген деп есептейік( )Сонда осы антенна ( ) қабылдайтын қуат келесідей беріледі:

Кез келген антенна үшін тиімді диафрагманы келесідей көрсетуге болады:

Нәтижесінде алынған қуатты келесідей жазуға болады:

1-теңдеу

Бұл Фриистің тарату формуласы ретінде белгілі. Ол бос кеңістік жолының жоғалуын, антеннаның күшейтуін және толқын ұзындығын қабылдау және тарату қуаттарымен байланыстырады. Бұл антенна теориясындағы негізгі теңдеулердің бірі және оны есте сақтау керек (жоғарыдағы туындымен қатар).

Фриис беріліс теңдеуінің тағы бір пайдалы түрі [2] теңдеуінде берілген. Толқын ұзындығы мен жиілігі f жарық жылдамдығымен c байланысты болғандықтан (жиілік бетіне кіріспе қараңыз), жиілік тұрғысынан Фриис беріліс формуласын аламыз:

2-теңдеу

[2] теңдеуі жоғары жиіліктерде көбірек қуат жоғалатынын көрсетеді. Бұл Фриис тарату теңдеуінің негізгі нәтижесі. Бұл көрсетілген күшейтулері бар антенналар үшін энергия беру төменгі жиіліктерде ең жоғары болатынын білдіреді. Қабылданатын қуат пен берілетін қуат арасындағы айырмашылық жол шығыны деп аталады. Басқаша айтқанда, Фриис тарату теңдеуі жол шығыны жоғары жиіліктер үшін жоғары болатынын айтады. Фриис тарату формуласынан алынған бұл нәтиженің маңыздылығын асыра бағалау мүмкін емес. Сондықтан ұялы телефондар әдетте 2 ГГц-тен аз жиілікте жұмыс істейді. Жоғары жиіліктерде көбірек жиілік спектрі болуы мүмкін, бірақ онымен байланысты жол шығыны сапалы қабылдауды қамтамасыз етпейді. Фриис тарату теңдеуінің тағы бір салдары ретінде сізден 60 ГГц антенналар туралы сұралды делік. Бұл жиіліктің өте жоғары екенін ескере отырып, жол шығыны ұзақ қашықтықтағы байланыс үшін тым жоғары болады деп айтуға болады - және сіз мүлдем дұрыс айтасыз. Өте жоғары жиіліктерде (60 ГГц кейде мм (миллиметрлік толқын) аймағы деп аталады) жол шығыны өте жоғары, сондықтан тек нүктеден нүктеге байланыс мүмкін. Бұл қабылдағыш пен таратқыш бір бөлмеде және бір-біріне қарама-қарсы тұрғанда орын алады. Friis Transmission Formula-ның тағы бір салдары ретінде, сіздің ойыңызша, ұялы телефон операторлары 700 МГц жиілікте жұмыс істейтін жаңа LTE (4G) диапазонына риза ма? Жауабы иә: бұл антенналар дәстүрлі түрде жұмыс істейтін жиіліктен төмен жиілік, бірақ [2] теңдеуінен жол шығыны да төмен болатынын байқаймыз. Демек, олар осы жиілік спектрімен «көбірек жерді қамти» алады, ал Verizon Wireless компаниясының басшысы жақында мұны дәл осы себепті «жоғары сапалы спектр» деп атады. Қосымша ескерту: Екінші жағынан, ұялы телефон өндірушілері ықшам құрылғыға үлкен толқын ұзындығы бар антеннаны орнатуға мәжбүр болады (төменгі жиілік = үлкен толқын ұзындығы), сондықтан антенна дизайнерінің жұмысы сәл күрделене түсті!

Соңында, егер антенналар поляризацияға сәйкес келмесе, жоғарыда алынған қуатты поляризацияны жоғалту коэффициентіне (PLF) көбейтіп, бұл сәйкессіздікті дұрыс есепке алуға болады. Жоғарыдағы [2] теңдеуді поляризация сәйкессіздігін қамтитын жалпыланған Фриис беру формуласын алу үшін өзгертуге болады: