PX2M-7480 / BRA-02-JMO: ANTENA QI BRAINTEASER # 1

Introdução

Teoria antena pode às vezes ser um pouco seca. Para o operador de rádio amador típico que não é um engenheiro praticante na área de engenharia de antena, a associação da prática à teoria pode tornar-se um pouco tensas levando a suposições incorretas e generalizações que se arrastam para os artigos, vernáculo, e as afirmações do nosso hobby. Para esse fim, ofereço esta série de QI Antena em um formato brainteaser, diversão. As questões são construídas de modo que você pode facilmente reutilizar o brainteaser durante o seu QSO seguinte ou reunião do clube. Eles estão garantidos para acender a abundância da iluminação descrença, debate e, por fim. O número de Brainteasers Antena QI produzidos serão determinados pelo seu feedback. Espero que você goste deles.

Considere o seguinte

Um transmissor de 70 centímetros e um transmissor de 2 metros são cada um conectado a sua correspondência e de ressonância trimestre própria onda antena plano de terra em uma orientação vertical. As antenas são colocadas no topo de 15 metros de fibra de vidro pólos que são espaçados 15 metros uns dos outros. Cada transmissor é colocar para fora um watt de transportadora contínua e é montada diretamente sob a antena coaxial para eliminar perda. Cerca de 5 km do transmissor não é um receptor de 70 cm e um receptor de 2 m diretamente conectados ao mesmo tipo de sistemas de antena e das estruturas do pólo. Os receptores têm sensibilidade idêntica e características de desempenho quase ideal. A terra entre os transmissores e receptores é completamente plana, sem obstáculos e sem objetos de reflexão. É um dia ensolarado com baixa umidade no ar.

Agora responda à seguinte pergunta

Existe alguma diferença na intensidade do sinal recebido entre os dois receptores? Dica - não há "truques".

[Pare de ler aqui se você não quiser ver a resposta ainda.]

Fazendo sua resposta

A situação foi estruturado para evitar qualquer "truque" questões. A altura dos postes de fibra de vidro garantir que ambas as antenas são múltiplos comprimentos de onda fora da terra para minimizar solo afeta. Cada conjunto de antenas são espaçadas vários comprimentos de onda além de evitar quaisquer implicações da interação entre as antenas. Os sistemas de antena de transmissão e recepção são idênticas em todos os aspectos, incluindo ganho de altura, e polarização. A transmitir e receber sistemas de antena estão localizados longe o suficiente de modo que não há efeito de campo perto ainda estão perto o suficiente de modo que apenas a propagação de ondas direta do solo ocorre e não há efeito desprezível da curvatura da Terra. Os transmissores e receptores têm características idênticas para além da sua banda de operação. O ar entre o local de transmissão e recepção tem um impacto insignificante entre as duas bandas. Com base em todas as evidências acima, podemos facilmente concluir que a potência do sinal recebido será idêntico. Infelizmente, essa suposição está seriamente errado. Acontece que o receptor 2 metros irá gravar um sinal de que é mais do que oito vezes (9,1 dB ou mais de 1,5 S-unidades) melhor do que o receptor 70 cm! E você pode "culpar" tudo isso na 70 centímetros antena receptora. Continue a ler ...

A resposta detalhada

No cenário dado, a mesma quantidade de 2 metros e 70 centímetros de energia está chegando em cada antena de recepção. Isso ocorre porque os transmissores têm a potência de saída mesmo e as antenas de transmissão têm igual relações espaciais, ganho e padrões direcionais - eles são apenas operando em bandas diferentes. Em termos de engenharia, a energia que chegam à antena receptora é expresso como a densidade de potência da onda, muitas vezes medido em watts / metro quadrado. O que está em trabalhar neste resultado aparentemente improvável é um fenômeno caracterizado como a abertura antena de recepção ou área efetiva. Este é um conceito interessante em engenharia antena para ajudar a descrever o quanto da energia de uma antena pode "chegar" e captura de um sinal de que está passando nas proximidades. O tamanho da área efetiva é sempre relacionado com o comprimento de onda de operação da antena. E já que é uma área, é de comprimento de onda ao quadrado (metros quadrados). A fórmula é * k? ^2, onde? é o comprimento de onda em metros e k é uma constante para um dado receber antena em uma dada orientação espacial. O que é realmente bom é que nem sequer precisa de saber k fazer uma comparação dos tipos idênticos receber antena utilizada em nosso cenário, embora poderíamos procurá-lo ou medi-la se precisasse.

Vamos calcular a ração das áreas efetivas das antenas em nosso exemplo: (k * ² 2) / (k * 0,7 ²⁾ que é equivalente a ² 2 / 0,7 ^2, que é 8.13. Uma vez que as densidades de potência dos dois sinais ao redor do antenas de recepção são as mesmas, a 2 m de antena vai captar mais de 8 vezes a energia do que a antena de 70 cm no nosso cenário. Note que isto é verdade em nosso cenário se substituir qualquer tipo de antena idênticos (tipo e orientação espacial) para as antenas receber. Por exemplo, um chicote de quarto de onda de 2 metros e 70 centímetros HTs experimentaria os mesmos resultados. Então, seria escalado "patinho de borracha" antenas. Se você olhar para isso de outra forma, a vantagem de 2 dB 9 m mais de 70 centímetros significa que se todas as outras coisas são iguais, como no nosso cenário, o sinal de 2 m pode ser ouvido a uma distância de mais de 2,8 vezes a do 70 sinal de cm (tente uma aposta fácil com seus amigos presunto usando essa estatística!). Se os sinais de necessidade de atravessar paredes, etc este multiplicador de distância se torna ainda maior, mas eu discordo... Usando um maior ganho da antena receber proporcionalmente aumenta sua área efetiva receber (no sentido do ganho). Poderíamos conseguir receber igualdade nível de sinal, aumentando o 70 centímetros transmitir energia para um pouco mais de 8 watts (9 dB) ou deixar cair a 2m de potência de transmissão para cerca de 1 / 8 watt (-9 dB).

Considerações Finais

Tenha cuidado com má aplicação da teoria neste Brainteaser. O exemplo foi escolhido para equalizar cuidadosamente todos os fatores, exceto para a diferença de comprimento de onda. Isso manteve a análise matemática e muito mais simples. Sistemas de antena com ganhos diferentes, os efeitos do solo, não-conjugada correspondência, as perdas da linha de alimentação, ou direcionalidade espacialmente significativa exigirá uma análise mais rigorosa como vai comparações na região de microondas. Um mau uso comum do princípio é assumir que a mudança do tamanho físico de uma antena tem um resultado proporcional na área receberá eficaz. Isso não é necessariamente verdadeiro. Se você estiver procurando por mais detalhes sobre o conceito apresentado neste QI Antena Brainteaser, tente usar o Google "Free Space Loss Formula Path" ou "Fórmula Transmissão Friis" como ponto de partida.

- Glenn DJ0IQ e W9IQ