זה מצביע על כך שאנטנות גל ארוכות יותר הן אספנים יעילים יותר של אנרגיה אלקטרומגנטית. למה זה?

אני חושב על זה כמו באופטיקה. עדשה גדולה יותר תאסוף יותר אור מכיוון שיותר אור קורה על העדשה. פוטונים נוספים פוגעים בעדשה.

אנטנת רדיו היא עדשה באורך גל שונה של אור, כלומר גלי רדיו, לא אור גלוי. לכן, ככל שהאנטנה (חשמלית) גדולה יותר, ככל שיותר פוטונים תוקפים את המוליך, כך תיאסף יותר אנרגיה.

נאמר אחרת: אם היו לך 2 אנטנות באותו אורך, היית אוסף כפול אנרגיה מאנטנה אחת. אם היו לך שתי עדשות באותו גודל, היית אוספת פעמיים אור מאור עדשה אחת. במקום שתי אנטנות, תוכל לקבל אנטנה אחת באורך כפול ולאסוף כפול מהאנרגיה של האנטנה המקורית. אותו דבר לגבי העדשה האופטית.

זה פשוט ממה שמשוואת פריס הופכת להיות.

האנטנה האיזוטרופית הארוכה יותר של הגל גדולה יותר, והצמצם מודד את הגודל החשמלי היעיל של האנטנה כרדיאטור. אין זה מפתיע שגם הגודל החשמלי של אנטנה גדולה יותר מבחינה פיזית גדול יותר.

דיפולות של חצי גל בעלות רווח קבוע, אך הן גדולות באותה מידה באורכי גל ארוכים יותר.

משוואת פריז היא ביטוי אלגברי מסוים למשוואת שימור האנרגיה, בתיאוריה בה כל האנרגיה המוקרנת מתקבלת או מקרינה לחלל בתחום.

הרווחים במשוואת פריז תלויים בדרך כלל במבדה. שוב, זו חוכמת הרדיו המקובלת שאורכי גל קטנים יותר, תדרים גבוהים יותר, דורשים אלמנטים קטנים יותר עבור יאגים או רפלקטורים קטנים יותר עבור כלים שיש להם אותו רווח. לפיכך, אם גודל האנטנה נשאר קבוע, כאשר התדר עולה, והמבדה פוחתת, הרווח אמור לעלות. זה מרמז על רווח תלוי בכוח הפוך או אולי הפוך של למבדה.

לדוגמא, רווח של צלחת רפלקטור פרבולית, נניח בקוטר 3 מ ', יהיה תלוי בתדירות ובכך למבדה. ויקיפדיה: רפלקטור פרבולית מציין כי הרווח מתרחש כ -1 / למבדה ^ 2. משוואת פריז זקוקה לרווח של שתי האנטנות (קבלה ומשדרת), וכך בכלים שכוח השידור המתקבל יתחזק כממבה ^ -2 * למבדה ^ -2 * למבדה ^ 2 = למבדה ^ -2 שמספק רושם שונה מאוד של אילו תדרים הם הטובים ביותר.

חשוב להבין שמשוואת פריס היא תיאוריית שטח פנוי בה האות יכול להתפשט בכדור.

הוא מזניח את כדור הארץ, ועם הכל קליטה או השתקפות בשטח, השתקפויות רב-נתיביות שיכולות להפריע באופן קונסטרוקטיבי או הרסני וכתוצאה מכך כתמים חמים ואזורים מתים, שינויים במדיה (למשל עצים, עננים) ודרישות הנדסיות שונות שעשויות למלא תפקיד בתדרים נמוכים או גבוהים מאוד.

למשל, בדוגמה של רפלקטור פרבולי, נוכל לעבור ממיקרוגל ללייזרים כדי להפחית את הלמדה ולהגדיל את הכוח המתקבל על פי משוואת פריז. אך יתכן וזה לא יצליח. למה? הכוונה הרבה יותר קריטית עם הלייזר, שקשור לשינוי הרווח עם אנטנת קבלה או שידור שלא מיושרה. האנטנה הפרבולית חייבת להיות כעת מראה פרבולית באיכות טובה במקום, למשל, סינון חוטים לחוץ. וגם ידוע שאובייקט מוצק כמו עץ ​​או ציפור חוסם קרן לייזר בזמן שעדיין יתקבל מיקרוגל.

זהו נושא שמטריד את רוב התלמידים ואף מוצא את דרכו בעבודות טכניות וספרי לימוד רבים בצורה של קביעות ומסקנות שגויות. בעוד שתמצא כמה אזכורים סבירים לשווי משקל תרמודינמי בכמה טקסטים, נראה שמקור המשוואה של משוואה הצמצם האפקטיבית האיזוטרופית פורסם לעיתים נדירות. שדה) ואזורי Fraunhoffer (שדה רחוק) של אנטנות. אזור פרנל הוא אזור העניין הספציפי. החלק שאינו מקרין ולא מתפזר (ובכך תגובתי) של אזור פרנל נחשב בדרך כלל כמתארך פי 1 ∕ (2π) מאורך הגל מפני השטח של האנטנה. במובן כללי יותר, זה נחשב למרחק המרבי שממנו גלים EM (אלקטרומגנטיים) יכולים להתאים לאובייקט סמוך. צימוד זה הוא הסיבה לכך שהאנרגיה אינה מקרינה או מתפזרת על ידי אנטנה משדרת.

כעת אנו מפנים את תשומת ליבנו לאנטנה האיזוטרופית החמקמקה. הוא נחשב כמקור נקודתי - קטן מספיק בממדיו בהשוואה לכל מימד משולב אחר שהוא חסר ממדים וקטן לאין ערוך. בהגדרה, האנטנה האיזוטרופית מקרינה באותה מידה לכל הכיוונים. לפי תורת ההדדיות, על האנטנה האיזוטרופית לקבל באותה מידה לכל הכיוונים.

שקול כעת גל מישור EM המתקרב לאנטנה האיזוטרופית. האנטנה האיזוטרופית אינה יכולה "להסתכל קדימה" ולראות את המטוס מגיע כאשר גל המטוס נמצא בשדה הרחוק שלו מכיוון שגל מישור ה- EM עדיין אינו משפיע על האנטנה האיזוטרופית. אך כאשר גל המטוס EM מתקרב מאוד לאנטנה האיזוטרופית, הוא מתחיל לגרום לזרם זרם באנטנה האיזוטרופית. כמה קרוב צריך להיות מטוס ה- EM? המרחק של אזור פרנל שאינו מקרין הנחשב כאמור לעיל כ -1 1 (2π) מאורך הגל של התדר המדובר.

כאשר גל המישור חוצה את האנטנה האיזוטרופית (כלומר הנקודה האיזוטרופית נמצאת על המישור), דפוס הקבלה הכדורית של האנטנה האיזוטרופית הוא בעל צימוד מרבי אפשרי לגל מישור EM. מכיוון שהאנטנה האיזוטרופית היא נקודה המונחת על המישור המצטלב עם כדור הקבלה המחולק על ידי המטוס, התבנית המתקבלת היא מעגל המוגדר על ידי רדיוס שמקורו באנטנה האיזוטרופית ומשתרע לרדיוס של פי 1 ∕ (2π) אֹרֶך גַל. מעגל זה הוא A _e (צמצם יעיל) של האנטנה האיזוטרופית. כלומר, הוא מייצר זרם מגלי EM ברדיוס זה.

אך עם כל אנטנה מקבלת, אנו מעוניינים יותר לקבוע את ההספק הכולל שהאנטנה המקבלת מסוגלת להעמיד לרשות המקלט. זוהי פונקציה של שטף הקרינה הניתן ביחידות SI של W / m ² . למרות שאיננו מכירים את שטף הקרינה במקרה זה, אנו יכולים לחשב את הכוח המתקבל לנרמל (כמות ההספק המתקבלת אם שטף הקרינה = 1 וואט / מ ' ² ) פשוט על ידי חישוב שטח ה A _{ה sub>. מכיוון שהצמצם הוא מעגל ושטח המעגל ניתן על ידי:}

$$ A_ \ text {circle} = \ pi r ^ 2 $$

אנו יכולים להחליף את רדיוס האיזוטרופי $ A_e $:

$$ A_e = \ pi \ left ({\ lambda \ over 2 \ pi} \ right) ^ 2 $$

ופשט:

$$ A_e = {\ lambda ^ 2 \ over 4 \ pi} $$

כך עולה ההגדרה הסטנדרטית של A _e של איזוטרופית אנטנה, תמיד עם רווח של אחת. התלות ב- λ ² נובעת פשוט מהרדיוס המינימלי בו האנטנה האיזוטרופית (או כל אנטנה לצורך העניין) יכולה להתחיל לקבל או לפלוט גלי EM.

אם אתה שוקל כעת את השפעת הרווח על ידי כל סוג אחר של אנטנות, אתה יכול לראות שהוא פשוט מגדיל את שטח ה- A _e של האנטנה האיזוטרופית לפי גודל הרווח. מכיוון שה- A _e מוכפל בשטף הקרינה וכעת הרווח של האנטנה, הכוח המתקבל או המועבר מועבר באופן יחסי. עם זאת יש לציין כי הרווח של אנטנה אינו מאריך פיזית את הרדיוס בו גל EM יכול לייצר זרם באנטנה מכיוון שתנאי גבול זה אינו משתנה. הרווח והדפוס של מרבית אנטנות הרדיו החובבניות נקבעים על ידי דפוסי הווקטור הנוכחיים של האנטנה.

אם אתה מוצא את ההסבר הזה מועיל וברצונך לתעד אותו, אני מבקש שתתייחס לי בחביבות. , גלן שולץ W9IQ.

הערת שוליים: משפט הכדור השעיר הוזכר בשרשור זה. המשפט קובע כי בהינתן כדור מכוסה לחלוטין בשיער, אינך יכול לסרק את השיער באופן שלא יהיה לו שום קו חלק. אני יכול להוכיח את המשפט שגוי: לקחת מסרק ולעשות קדימה על הכדור. שיער מסורק - ללא קו חלקי. Quod erat demonstrandum.

"לדוגמא, דיפול ארוך של λ / 2 בשטח פנוי כולל שטח לכידה של כ- 0.13λ²." מה שחשוב הוא דפוס הקרינה, ולא הגודל הפיזי. לדיפול די הפסול קצר מאוד (סלילים מוליכים לעיל) יהיה דפוס דיפול ולכן אותו שטח לכידה 0.13 ². עם זאת יהיה לזה רוחב פס קטן מאוד. רוחב הפס קשור קשר הדוק לערך Q, ליחס בין אנרגיה מאוחסנת לאנרגיה זורמת. עם Q = 100 ורוחב הפס של כ- 1%, העומס המותאם בנקודת ההזנה סופג אנרגיה מכ- 100 תנודות עוקבות של השדה והם משתרעים על נפח גדול יותר פי 100 מתנודה אחת. לא הרבה הוכחה, אבל אולי קצת חומר למחשבה. / לייף

באנטנות צמצם, כמו כלים, הצמצם היעיל אינו תלוי בתדרים. זה תלוי בממדים הפיזיים וביעילות.

צמצם יעיל (Ae) הוא פונקציה ישירה של רווח האנטנה ואורך הגל ההפעלה.

מתוך ספרם של W8JI ו- Jasik, באתר www.w8ji.com/capture_area_ae_effective_aperture.htm.

Ae (המכונה לפעמים אזור לכידה ) נקבע על ידי המתח הקיים על פני עומס התואם את עכבת הזנת האנטנה עבור צפיפות חוזק שדה אלקטרומגנטית נתונה. במילים פשוטות אם האנטנה ממוקמת בשדה אלקטרומגנטי בעוצמה מסוימת, כמות מסוימת של עוצמה תופיע בעומס במסופי האנטנה. שטח החלל סביב האנטנה שסיפק כמות זו של כוח הוא הצמצם היעיל.

אנשים רבים מבלבלים בין אזור פיזי, או Ap, עם צמצם יעיל. הם לא אותו דבר. הגודל הפיזי קובע רק צמצם יעיל, שכן הגודל הפיזי עשוי להשפיע על רווח האנטנה. רווח ואורך גל קובעים את אזור הלכידה, אך לאזור הלכידה עצמו אין שום קשר לגודל הפיזי האמיתי או לשטח הפיזי של האנטנה. בערך 0.13λ². משמעות הדבר היא כי לדיפול חופשי ללא הפסד יש Ae של כ 0.13 אורכי גל מרובעים. צמצם יעיל זה גדול פי 100 מהשטח הפיזי בפועל של אנטנת דיפול חוט דקה. אנרגיה מופקת מאזור בעל צורה אליפטית מעט ארוכה יותר מהדיפול וכקוטר של λ / 4 במרכז. זו הסיבה שהגדלת קוטר המוליך או שימוש בכלוב של חוטים לא יגדילו את הצמצם החשמלי או את שטח הלכידה. לאמיתו של דבר, אם נבנה דיפול קטן עם אובדן הפסד או נמוך מאוד, אולי שטח תפיסה של 20 λ או Ae יהיה בתוך אחוזים בודדים מדיפול בגודל מלא!

לאורך עצמו יש מעט מאוד השפעה אלא אם כן שינוי האורך משפיע באופן משמעותי על רווח האנטנה. עלינו לשנות את הרווח כדי לשנות את Ae (צמצם חשמלי יעיל). שינויים בצמצם הפיזי (Ap) אינם משפיעים על Ae אלא אם כן הרווח משתנה.