פרמטר שימושי לחישוב עוצמת הקליטה של אנטנה הואאזור יעילאוֹצמצם יעיל.נניח שגל מישור עם אותו קיטוב כמו אנטנת הקבלה נופל על האנטנה.עוד נניח שהגל נע לכיוון האנטנה בכיוון הקרינה המקסימלית של האנטנה (הכיוון שממנו יתקבל הכי הרבה כוח).
אז הצמצם יעילפרמטר מתאר כמה כוח נקלט מגל מישור נתון.לתתpלהיות צפיפות ההספק של הגל המישורי (ב-W/m^2).אםP_tמייצג את ההספק (בוואטים) במסופי האנטנות הזמינים למקלט של האנטנה, ואז:
לפיכך, השטח האפקטיבי פשוט מייצג כמה כוח נקלט מהגל המישור ומועבר על ידי האנטנה.אזור זה מביא בחשבון את ההפסדים המובנים באנטנה (הפסדים אוהמיים, הפסדים דיאלקטריים וכו').
יחס כללי לצמצם האפקטיבי במונחים של שיא רווח האנטנה (G) של כל אנטנה ניתן על ידי:
ניתן למדוד צמצם אפקטיבי או שטח יעיל באנטנות בפועל על ידי השוואה לאנטנה מוכרת עם צמצם יעיל נתון, או על ידי חישוב באמצעות הרווח הנמדד והמשוואה לעיל.
צמצם יעיל יהיה מושג שימושי לחישוב הספק שהתקבל מגל מישור.כדי לראות זאת בפעולה, עבור לסעיף הבא על נוסחת השידור של Friis.
משוואת השידור של פריס
בדף זה, אנו מציגים את אחת המשוואות הבסיסיות ביותר בתורת האנטנות, המשוואת שידור פרייס.משוואת השידור של Friis משמשת לחישוב ההספק המתקבל מאנטנה אחת (עם רווחG1), כאשר משודר מאנטנה אחרת (עם רווחG2), מופרדים על ידי מרחקR, ופועל בתדירותfאו למבדה באורך גל.כדאי לקרוא את העמוד הזה כמה פעמים ויש להבין אותו במלואו.
גזירת נוסחת הילוכים פרייס
כדי להתחיל את הגזירה של משוואת פריס, שקול שתי אנטנות בחלל פנוי (ללא חסימות בקרבת מקום) מופרדות על ידי מרחקR:
נניח ש() וואט מהספק הכולל נמסר לאנטנת השידור.כרגע, נניח שאנטנת השידור היא כל-כיוונית, ללא הפסדים, ושאנטנת הקבלה נמצאת בשדה הרחוק של אנטנת השידור.ואז צפיפות הכוחp(בוואט למ"ר) של גל המטוס המתרחש על אנטנת הקליטה במרחקRמאנטנת השידור ניתן על ידי:
איור 1. אנטנות שידור (Tx) וקבלה (Rx) מופרדות על ידיR.
אם לאנטנת השידור יש רווח אנטנה בכיוון אנטנת הקבלה שניתן על ידי ( ) , אז משוואת צפיפות ההספק שלמעלה הופכת:
מונח הרווח גורם לכיוון וההפסדים של אנטנה אמיתית.נניח כעת שלאנטנת הקליטה יש צמצם יעיל שניתן על ידי（）.אז ההספק המתקבל על ידי אנטנה זו ( ) ניתן על ידי:
מכיוון שהצמצם האפקטיבי של כל אנטנה יכול להתבטא גם כך:
ניתן לכתוב את ההספק המתקבל כך:
משוואה 1
זה ידוע בתור נוסחת ההילוכים של Friis.הוא מקשר את אובדן נתיב החלל הפנוי, רווחי האנטנה ואורך הגל להספקים המתקבלים והשידורים.זו אחת המשוואות הבסיסיות בתורת האנטנות, ויש לזכור אותה (כמו גם את הגזירה לעיל).
צורה שימושית נוספת של משוואת השידור של Friis ניתנת במשוואה [2].מכיוון שאורך הגל והתדר f קשורים למהירות האור c (ראה מבוא לדף התדר), יש לנו את נוסחת השידור של Friis במונחים של תדר:
משוואה 2
משוואה [2] מראה שיותר כוח אובד בתדרים גבוהים יותר.זוהי תוצאה בסיסית של משוואת השידור של פריס.המשמעות היא שעבור אנטנות עם רווחים מוגדרים, העברת האנרגיה תהיה הגבוהה ביותר בתדרים נמוכים יותר.ההבדל בין ההספק המתקבל להספק המשודר ידוע בשם אובדן נתיב.נאמר בצורה אחרת, Friis Transmission Equation אומר שהפסד הנתיב גבוה יותר עבור תדרים גבוהים יותר.אי אפשר להפריז בחשיבות התוצאה הזו מפורמולת ההילוכים של פרייס.זו הסיבה שטלפונים ניידים פועלים בדרך כלל במהירות של פחות מ-2 GHz.ייתכן שיש יותר ספקטרום תדרים זמין בתדרים גבוהים יותר, אך אובדן הנתיב הקשור לא יאפשר קליטה איכותית.כתוצאה נוספת של משוואת השידור של Friss, נניח שנשאלת לגבי אנטנות של 60 גיגה-הרץ.אם שים לב שתדירות זו גבוהה מאוד, ייתכן שתציין שאובדן הנתיב יהיה גבוה מדי עבור תקשורת לטווח ארוך - ואתה צודק לחלוטין.בתדרים גבוהים מאוד (60 גיגה-הרץ מכונה לפעמים אזור מ"מ (גל מילימטר), אובדן הנתיב גבוה מאוד, כך שרק תקשורת מנקודה לנקודה אפשרית.זה מתרחש כאשר המקלט והמשדר נמצאים באותו חדר, ופונים זה לזה.כמסקנה נוספת של Friis Transmission Formula, האם לדעתך מפעילי הטלפונים הסלולריים שמחים על רצועת ה-LTE החדשה (4G), הפועלת במהירות 700 מגה-הרץ?התשובה היא כן: זהו תדר נמוך יותר מזה שאנטנות פועלות בו באופן מסורתי, אך ממשוואה [2] נציין שגם אובדן הנתיב יהיה נמוך יותר.לפיכך, הם יכולים "לכסות יותר קרקע" עם ספקטרום התדרים הזה, ובכיר של Verizon Wireless כינה לאחרונה "ספקטרום באיכות גבוהה", בדיוק מהסיבה הזו.הערה צדדית: מצד שני, יצרניות הסלולר יצטרכו להתאים אנטנה בעלת אורך גל גדול יותר במכשיר קומפקטי (תדר נמוך יותר = אורך גל גדול יותר), כך שהתפקיד של מעצב האנטנות הסתבך קצת יותר!
לבסוף, אם האנטנות אינן מותאמות לקיטוב, ניתן יהיה להכפיל את ההספק המתקבל לעיל בגורם אובדן הקיטוב (PLF) כדי להסביר כראוי את חוסר ההתאמה הזה.ניתן לשנות את המשוואה [2] לעיל כדי לייצר נוסחת העברה כללית של Friis, הכוללת אי התאמה של קיטוב:
משוואה 3
זמן פרסום: ינואר-08-2024
