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एंटेना का प्रभावी एपर्चर

किसी एंटेना की प्राप्त शक्ति की गणना करने के लिए एक उपयोगी पैरामीटर है...प्रभावी क्षेत्रयाप्रभावी छिद्रमान लीजिए कि प्राप्त करने वाले एंटेना के समान ध्रुवीकरण वाली एक समतल तरंग एंटेना पर आपतित होती है। यह भी मान लीजिए कि तरंग एंटेना की अधिकतम विकिरण दिशा (वह दिशा जिससे अधिकतम शक्ति प्राप्त होगी) में एंटेना की ओर यात्रा कर रही है।

फिरप्रभावी छिद्रपैरामीटर यह बताता है कि किसी दी गई समतल तरंग से कितनी शक्ति प्राप्त की जाती है।pमान लीजिए कि समतल तरंग का शक्ति घनत्व (W/m² में) है। यदिपी_टीयदि यह एंटेना के टर्मिनलों पर एंटेना के रिसीवर के लिए उपलब्ध शक्ति (वॉट में) को दर्शाता है, तो:

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अतः, प्रभावी क्षेत्रफल केवल यह दर्शाता है कि समतल तरंग से कितनी शक्ति ग्रहण की जाती है और एंटीना द्वारा कितनी शक्ति वितरित की जाती है। इस क्षेत्रफल में एंटीना के आंतरिक नुकसान (ओमिक नुकसान, परावैद्युत नुकसान आदि) भी शामिल होते हैं।

किसी भी एंटेना के पीक एंटेना गेन (G) के संदर्भ में प्रभावी एपर्चर के लिए एक सामान्य संबंध निम्न प्रकार से दिया गया है:

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प्रभावी एपर्चर या प्रभावी क्षेत्रफल को वास्तविक एंटेना पर एक ज्ञात एंटेना के साथ तुलना करके मापा जा सकता है, जिसमें एक निश्चित प्रभावी एपर्चर हो, या मापा गया लाभ और उपरोक्त समीकरण का उपयोग करके गणना की जा सकती है।

समतल तरंग से प्राप्त शक्ति की गणना के लिए प्रभावी एपर्चर एक उपयोगी अवधारणा होगी। इसे व्यवहार में देखने के लिए, फ्रिस संचरण सूत्र पर अगले अनुभाग पर जाएं।

फ्रिस ट्रांसमिशन समीकरण

इस पृष्ठ पर, हम एंटेना सिद्धांत के सबसे मूलभूत समीकरणों में से एक, एंटेना समीकरण का परिचय देते हैं।फ्रिस संचरण समीकरणफ्रिस ट्रांसमिशन समीकरण का उपयोग एक एंटीना (गेन के साथ) से प्राप्त शक्ति की गणना करने के लिए किया जाता है।G1जब इसे किसी अन्य एंटीना (गेन के साथ) से प्रसारित किया जाता हैG2), एक दूरी से अलगRऔर आवृत्ति पर संचालित हो रहा हैfया तरंगदैर्ध्य लैम्डा। इस पृष्ठ को दो-तीन बार पढ़ना उपयोगी होगा और इसे पूरी तरह से समझ लेना चाहिए।

फ्रिस ट्रांसमिशन फॉर्मूला की व्युत्पत्ति

फ्रिस समीकरण की व्युत्पत्ति शुरू करने के लिए, मुक्त स्थान में (आसपास कोई बाधा नहीं) एक दूसरे से दूरी पर स्थित दो एंटेना पर विचार करें।R:

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मान लीजिए कि ट्रांसमिट एंटेना को कुल ( )वाट शक्ति प्रदान की जाती है। फिलहाल, मान लीजिए कि ट्रांसमिट एंटेना सर्वदिशात्मक, हानिरहित है और रिसीव एंटेना ट्रांसमिट एंटेना के सुदूर क्षेत्र में स्थित है। तब शक्ति घनत्वp(वाट प्रति वर्ग मीटर में) प्राप्त करने वाले एंटेना पर आपतित समतल तरंग का मान, जो एक निश्चित दूरी पर स्थित है।Rट्रांसमिट एंटेना से प्राप्त तरंगदैर्ध्य निम्न द्वारा दिया जाता है:

41bd284bf819e176ae631950cd267f7

चित्र 1. संचारित (Tx) और प्राप्त (Rx) एंटेना अलग-अलग दूरी पर स्थित हैंR.

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यदि प्रेषण एंटेना का प्राप्त एंटेना की दिशा में एंटेना लाभ ( ) द्वारा दिया गया है, तो उपरोक्त शक्ति घनत्व समीकरण इस प्रकार हो जाता है:

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लाभ पद वास्तविक एंटीना की दिशात्मकता और हानियों को ध्यान में रखता है। अब मान लीजिए कि प्राप्त करने वाले एंटीना का प्रभावी एपर्चर निम्न प्रकार से दिया गया है:( )तब इस एंटेना द्वारा प्राप्त शक्ति ( ) निम्न द्वारा दी जाती है:

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चूंकि किसी भी एंटीना के प्रभावी एपर्चर को इस प्रकार भी व्यक्त किया जा सकता है:

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परिणामस्वरूप प्राप्त शक्ति को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

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समीकरण 1

इसे फ्रिस ट्रांसमिशन फॉर्मूला के नाम से जाना जाता है। यह मुक्त स्थान पथ हानि, एंटीना लाभ और तरंगदैर्ध्य को प्राप्त और संचारित शक्तियों से संबंधित करता है। यह एंटीना सिद्धांत के मूलभूत समीकरणों में से एक है और इसे (साथ ही ऊपर दिए गए व्युत्पत्ति को) याद रखना चाहिए।

फ्रिस संचरण समीकरण का एक अन्य उपयोगी रूप समीकरण [2] में दिया गया है। चूंकि तरंगदैर्ध्य और आवृत्ति f प्रकाश की गति c द्वारा संबंधित हैं (आवृत्ति पृष्ठ के परिचय को देखें), हमारे पास आवृत्ति के संदर्भ में फ्रिस संचरण सूत्र है:

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समीकरण2

समीकरण [2] दर्शाता है कि उच्च आवृत्तियों पर अधिक शक्ति हानि होती है। यह फ्रिस ट्रांसमिशन समीकरण का एक मूलभूत परिणाम है। इसका अर्थ है कि निर्दिष्ट लाभ वाले एंटेना के लिए, ऊर्जा स्थानांतरण निम्न आवृत्तियों पर सबसे अधिक होगा। प्राप्त शक्ति और प्रेषित शक्ति के बीच के अंतर को पथ हानि कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, फ्रिस ट्रांसमिशन समीकरण कहता है कि उच्च आवृत्तियों के लिए पथ हानि अधिक होती है। फ्रिस ट्रांसमिशन सूत्र के इस परिणाम का महत्व सर्वोपरि है। यही कारण है कि मोबाइल फोन आमतौर पर 2 GHz से कम आवृत्ति पर काम करते हैं। उच्च आवृत्तियों पर अधिक आवृत्ति स्पेक्ट्रम उपलब्ध हो सकता है, लेकिन संबंधित पथ हानि गुणवत्तापूर्ण रिसेप्शन को संभव नहीं बनाएगी। फ्रिस ट्रांसमिशन समीकरण के एक अन्य परिणाम के रूप में, मान लीजिए कि आपसे 60 GHz एंटेना के बारे में पूछा जाता है। यह देखते हुए कि यह आवृत्ति बहुत अधिक है, आप कह सकते हैं कि लंबी दूरी के संचार के लिए पथ हानि बहुत अधिक होगी - और आप बिल्कुल सही हैं। बहुत उच्च आवृत्तियों पर (60 GHz को कभी-कभी मिलीमीटर तरंग क्षेत्र भी कहा जाता है), पथ हानि बहुत अधिक होती है, इसलिए केवल बिंदु-से-बिंदु संचार ही संभव है। यह तब होता है जब रिसीवर और ट्रांसमीटर एक ही कमरे में हों और एक-दूसरे के सामने हों। फ्रिस ट्रांसमिशन फॉर्मूला के एक और परिणाम के रूप में, क्या आपको लगता है कि मोबाइल फोन ऑपरेटर 700MHz पर काम करने वाले नए LTE (4G) बैंड से खुश हैं? इसका उत्तर है हाँ: यह पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले एंटेना की तुलना में कम आवृत्ति है, लेकिन समीकरण [2] से हम देखते हैं कि पथ हानि भी कम होगी। इसलिए, वे इस आवृत्ति स्पेक्ट्रम के साथ अधिक क्षेत्र को कवर कर सकते हैं, और वेरिजॉन वायरलेस के एक अधिकारी ने हाल ही में इसी कारण से इसे "उच्च गुणवत्ता वाला स्पेक्ट्रम" कहा है। ध्यान दें: दूसरी ओर, मोबाइल फोन निर्माताओं को एक कॉम्पैक्ट डिवाइस में अधिक तरंगदैर्ध्य वाला एंटेना लगाना होगा (कम आवृत्ति = अधिक तरंगदैर्ध्य), इसलिए एंटेना डिज़ाइनर का काम थोड़ा और जटिल हो गया है!

अंत में, यदि एंटेना ध्रुवीकरण के मामले में मेल नहीं खाते हैं, तो इस बेमेल को ठीक से ध्यान में रखने के लिए उपरोक्त प्राप्त शक्ति को ध्रुवीकरण हानि कारक (PLF) से गुणा किया जा सकता है। उपरोक्त समीकरण [2] को एक सामान्यीकृत फ्रिस ट्रांसमिशन सूत्र प्राप्त करने के लिए बदला जा सकता है, जिसमें ध्रुवीकरण बेमेल शामिल है:

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समीकरण 3


पोस्ट करने का समय: 8 जनवरी 2024

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