A dipólus tényleges területe
On január 31, 2021 by adminA dipólus tényleges területe $ \ lambda ^ {2} / 4 * \ pi $. Tekintsük az 1 GHz-es em hullámokat. Vegyünk két antennát, amelyek hossza 15 cm, azaz fél hullámhossz és 1 cm. Mindkettőnek ugyanaz a tényleges területe. Ez nagyon nem intuitív, mivel a terület nem függ a dipólus hosszától. Mi magyarázza ezt a nem intuitív képletet? Miért kell aggódnia az antenna hosszával kapcsolatban, főleg ha a vételről van szó?
Megjegyzések
- Fontolja meg a kérdés fizikai kérdéseit is a következő részben: Physics SE is, amennyiben a kérdés nem azonos. Valószínűleg meg kell mutatnia azt a forrást, ahonnan a $ (\ pi / 4) \ lambda ^ 2 $ származik. A tényleges terület lazán felfogható abszorpciós keresztmetszetként , és valóban egy másik módja a beeső foton abszorpciós valószínűségének kifejezésére. Tehát az ott adott válasz és az itt adott válasz kiegészíti egymást, de nem duplikál.
- Az abszorpciós keresztmetszet egy valószínűségi mutató, amely meglehetősen különbözik az antennaelmélet hatékony apertúrájától. A hatékony apertúraképlet eredete egyszerűen az izotrop sugárzás gömbszerkezete.
Válasz
A preferált kifejezés hatékony rekesz. A tényleges rekesz a következő:
$$ A_e = \ frac {\ lambda ^ 2} {4 \ pi} G \ tag 1 $$
ahol $ \ lambda $ a a működési hullámhossz és G az antenna lineáris erősítése.
Tehát az 1. egyenletből láthatja, hogy bele kell foglalnia az antenna erősítését is – ez nem tükröződött a képletében. Az antenna erősítését a következőképpen határozzuk meg:
$$ Gain = Efficiency * Directivity \ tag 2 $$
Az 1/2 hullámú dipólus irányértéke 1,65. Amikor lerövidíti a dipólust, annak irányíthatósága csökken, de gyorsan eléri a 1,5-ös végértéket, függetlenül attól, hogy mennyivel rövidebb.
Mi van a végső hatással az A e kis dipólus esetén annak hatékonysága. A hatékonyság a következő:
$$ Efficiency = \ frac {R_r} {R_r + R_l} \ tag 3 $$
ahol R r a sugárzási ellenállás és R l az ellenállási veszteség.
Ahogy a dipólus mérete kisebb lesz, mint egy 1/2 $ \ lambda $ dipól, sugárzási ellenállása a frakcionált hullámhossz négyzetének függvényében hirtelen csökken. Hasonló szerkezeti anyagokhoz és módszerekhez az R
Adott hullámhossznál az A e az antenna egyenesen arányos az erősítésével, de A e olyan konstrukciót nyújt, amely segít megjeleníteni az antenna gyűjtőnyílását, amikor egy síkhullám keresztezi azt. Minél nagyobb a rekesz, annál nagyobb a vétel teljes teljesítménye, amely elérhetővé válik az antenna előtolási pontján. Ez az erő határozza meg a jelerősséget a vevő bemeneti termináljainál.
Válasz
A tényleges terület , amelyet más néven effektív rekesznek neveznek, az antenna előtolási pontján megfigyelt teljesítmény, osztva az antennának kitett sugárzással .
A besugárzást a területenkénti teljesítményben fejezzük ki, például “1 mikrovatt / négyzetméter”. Az effektív rekesz egy terület. Például, ha a besugárzás 1μW / m 2 és 2μW-ot figyelek meg az antenna betáplálási pontjánál, akkor az antenna tényleges rekeszének 2 négyzetméternek kell lennie.
Ez egyszerűen egy másik módszer A nyereséget ($ G $) és a tényleges rekeszt $ (A_e $) a következők kapcsolják:
$$ G = {4 \ pi A_e \ over \ lambda ^ 2} $$
Tehát amikor azt mondod, hogy egy negyed hullámú dipólusnak és egy sokkal kisebb dipólusnak ugyanaz az effektív rekesze, akkor azt mondod, hogy ugyanolyan erősítéssel rendelkeznek.
Továbbá azt mondod, hogy a következő erősítéssel rendelkeznek:
$$ G = {4 \ pi (\ lambda ^ 2/4 \ cdot \ pi) \ over \ lambda ^ 2} $$
ami egyszerűbbé
$$ G = \ pi ^ 2 \ kb 9.87 $$
Ez helytelen. Egy veszteség nélküli, végtelenül kicsi dipólus erősítése 1,5. A félhullámú dipólus erősítése 1,64.
Ettől eltekintve helyénvaló kérdés, hogy miért egyezik meg a félhullám és a rövid dipólus erősítése? Úgy tűnik, hogy a rövid dipól, fizikailag sokkal kisebb, kisebb effektív hatású lenne nyílás és így egy kisebb ga ban ben. Ennek ellenére az erősítés soha nem megy 1,5 alá, függetlenül attól, hogy a dipólia milyen kicsi lesz.
Ennek az az oka, hogy ez az ideális, elméleti végtelenül kicsi dipólus veszteségmentes, így az összes energia kisugárzódik végül. Mint ilyen, az erősítés csökkentésére nincs mód, csak az antenna irányíthatóságának csökkentése, ami nem lehetséges, amíg a geometria megfelel a dipólus definíciójának.
A gyakorlatban, mivel a dipólus rövidebb lesz, impedanciája reaktívabbá válik.Ahhoz, hogy az energiát az antennára vagy az antennáról továbbítsák, egy megfelelő hálózatra van szükség, amelynek kezelnie kell a növekvő csúcsáramot és feszültséget. Elméletileg ez a reaktív teljesítmény veszteség nélkül keringhet az antenna és a megfelelő hálózat között, de a valós illesztési hálózatok nem veszteségmentesek. Így a gyakorlatban a hatékonyság (és ezáltal az erősítés és az effektív rekeszérték) megközelíti a nullát, amikor a dipólus megközelíti a nulla hosszúságot. dipól. A negyedhullámú és egy rendkívül kicsi, veszteségmentes dipólust összehasonlítva mindegyik körülbelül ugyanolyan teljesítményt kap (1,64 vs 1,5 erősítés), de a kis dipólus esetén az áram és a feszültség rendkívül nagy lesz a hatalmas meddő teljesítmény miatt .
Megjegyzések
- Az antennaerősítés implicit feltétele egyeztetett előtolási impedancia. Ha Ae-t vételi perspektívából gondoljuk, ha az antenna impedanciája R-jX és a terhelési impedancia R + jX, akkor a rendelkezésre álló maximális teljesítmény az antennáról a terhelésre kerül. És mivel ez idealizált esetben veszteségmentes, az antennából nincs további visszasugárzás. Mit hiányolok?
- @ GlennW9IQ Semmi. ‘ nem vagyok biztos benne, mire jut ‘. Nem ‘ nem értek egyet semmivel a válaszában, csak azt hittem, ‘ másik megközelítést alkalmazok. És azt is gondoltam, hogy ‘ rámutattam, hogy a kérdés első mondata helytelen.
- Nem voltam ‘ t szembeállítva a két válaszunkat, de megpróbáltam megfogni a harmadik logikáját az utolsó bekezdésig vételi szempontból.
- @ GlennW9IQ Az átfogalmazás után egyértelműbb?
- BTW – nagyon szeretem a kapott teljesítmény / besugárzás meghatározása.
Vélemény, hozzászólás?