ダイポールの有効面積
On 1月 31, 2021 by adminダイポールの有効面積は$ \ lambda ^ {2} / 4 * \ pi $です。 1 GHzem波を考えてみましょう。長さ15cm、つまり半波長と1cmの2つのアンテナについて考えてみます。どちらも有効面積は同じです。面積はダイポールの長さに依存しないため、これは非常に直感的ではありません。この直感的でない式を説明するものは何ですか?特に受信が懸念される場合、なぜアンテナの長さを気にする必要があるのですか?
コメント
- この質問の物理的側面についても質問することを検討してください。質問が同一でない限り、 Physics SE も同様です。 $(\ pi / 4)\ lambda ^ 2 $の出所を示す必要があります。有効面積は、吸収断面積と大まかに考えることができ、入射光子の吸収確率を表すもう1つの方法です。したがって、そこでの回答とここでの回答は補完的ですが、重複することはありません。
- 吸収断面積は、アンテナ理論の有効開口とはまったく異なる確率メトリックです。有効アパーチャ式の起源は、単純に等方性放射の球形構造です。
回答
推奨される用語有効口径です。有効アパーチャは次のように定義されます。
$$ A_e = \ frac {\ lambda ^ 2} {4 \ pi} G \ tag 1 $$
ここで、$ \ lambda $は動作波長とGはアンテナの線形ゲインです。
したがって、式1から、アンテナのゲインを含める必要があることがわかります。これは式に反映されていません。アンテナのゲインは次のように定義されます。
$$ Gain = Efficiency *指向性\ tag 2 $$
1/2波ダイポールの指向性は1.65です。ダイポールを短くすると、指向性は低下しますが、どれだけ短くしても、すぐに最終値1.5に達します。
A e subに最終的な影響を与えるもの>小さなダイポールの場合、その効率です。効率は次のように定義されます。
$$ Efficiency = \ frac {R_r} {R_r + R_l} \ tag 3 $$
ここで、R r は放射抵抗、R l は抵抗損失です。
ダイポールサイズが1/2 $ \に比べて小さくなるとラムダ$ダイポールの場合、その放射抵抗は、その分数波長の2乗の関数として急激に低下します。同様の建設資材や方法の場合、R l は、分数波長に比例して低下するだけです。ダイポールのサイズの縮小。これによりアンテナのゲインが減少するため、アンテナのA e も減少します。
特定の波長に対して、A eアンテナのはそのゲインに正比例しますが、A e 平面波がアンテナと交差するときに、アンテナの収集開口を視覚化するのに役立つ構造を提供します。開口部が大きいほど、アンテナの給電点で利用できる合計受信信号電力が大きくなります。受信機の入力端子での信号強度を決定するのはこの電力です。
回答
有効面積は、有効アパーチャとも呼ばれ、アンテナの給電点で観測される電力を、アンテナがさらされる放射照度で割ったものです。 。
放射照度は、面積あたりの電力として表されます。たとえば、「1平方メートルあたり1マイクロワット」です。有効口径は面積です。たとえば、放射照度が1μW/ m 2 で、アンテナの給電点で2μWを観測した場合、アンテナの有効口径は2平方メートルでなければなりません。
これは単に別の方法です。ゲイン($ G $)と有効アパーチャ$(A_e $)は、次のように関係しています。
$$ G = {4 \ pi A_e \ over \ lambda ^ 2} $$
つまり、1/4波長ダイポールとはるかに小さいダイポールの有効口径が同じであると言う場合、それらのゲインは同じであると言います。
さらに、次のゲインがあると言います。
$$ G = {4 \ pi(\ lambda ^ 2/4 \ cdot \ pi)\ over \ lambda ^ 2} $$
これは単純化されます
$$ G = \ pi ^ 2 \約9.87 $$
これは正しくありません。無損失の極小ダイポールのゲインは1.5です。半波長ダイポールのゲインは1.64です。
それはさておき、半波と短いダイポールのゲインがほぼ同じである理由を尋ねるのは有効な質問です。物理的にはるかに小さい短いダイポールの方が効果が小さいようです。開口部、したがってより小さなgaに。それでも、ダイポールがどれほど小さくなっても、ゲインが1.5を下回ることはありません。
この理想的な理論上の微小ダイポールは無損失であるため、最終的にすべてのエネルギーが放射されます。そのため、アンテナの指向性を下げる以外にゲインを下げる方法はありません。これは、ジオメトリがダイポールの定義に適合する限り不可能です。
実際には、ダイポールは短くなり、インピーダンスはより反応性が高くなります。アンテナとの間で電力を転送するには、ピーク電流とピーク電圧の増加を処理する必要があるマッチングネットワークが必要です。理論的には、この無効電力はアンテナとマッチングネットワーク間を損失なく循環できますが、実際のマッチングネットワークはロスレスではありません。したがって、実際には、ダイポールがゼロの長さに近づくと、効率(したがってゲインと有効アパーチャ)はゼロに近づきます。
相反性により、受信時も同じことが言えます。ゲインは、サイズに関係なく1.5未満に減少しません。ダイポール。 1/4波長ダイポールと非常に小さい無損失ダイポールを比較すると、それぞれがほぼ同じ電力を受け取ります(それぞれ1.64対1.5のゲイン)が、小さいダイポールの場合の電流と電圧は、途方もない無効電力のために非常に大きくなります。
コメント
- アンテナゲインの暗黙の条件は、フィードポイントのインピーダンスが一致していることです。受信の観点からAeを考える場合、アンテナインピーダンスがR-jXで、負荷インピーダンスがR + jXの場合、利用可能な最大電力がアンテナから負荷に転送されます。また、これは理想的なケースでは無損失であるため、アンテナからの追加の再放射はありません。何が足りないのですか?
- @ GlennW9IQ何もありません。 '何を取得しているのかわかりません'。 'あなたの答えに同意しません。'別のアプローチを取ると思っただけです。また、'質問の最初の文が間違っていることを指摘したと思いました。
- 私は' tではありませんでした。 2つの答えを対比しますが、受信の観点から3番目から最後の段落のロジックを把握しようとしていました。
- @ GlennW9IQ言い換えると、より明確になりますか?
- BTW-私は本当に好きです受け取った電力/放射照度の定義。
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