Передача радиоволн в свободном пространстве

Свободное пространство – это вакуум. Ничего нет. Либо что-то есть, но оно так далеко, что нам никак не мешает.

Пусть мощность тока в передающей антенне равна . Будем считать, что мы имеем дело с изотропной антенной. Т.е. антенной, которая излучает одинаково во все стороны. На некотором расстоянии плотность потока мощности будет определяться по следующему соотношению:

Плотность потока мощности обратно пропорциональна квадрату расстояния. Т.е. если мы увеличим расстояние в 2 раза, то плотность потока мощности у нас упадет в 4 раза в свободном пространстве. Данную формулу необходимо “читать” в обе стороны.

Плотность потока мощности можно увеличить, если мы будем использовать не изотропный излучатель, который светит во все стороны, а использовать какую-то направленную антенну, у которой будет, с точки зрения передатчика, коэффициент усиления передающей антенны

Сигнал также ослабляется, зависимость та же, но уровень сигнала повышается. Это связано с тем, что появилась направленность. Энергия ЭМ не рассеивается, а фокусируется.

В мобильном телефоне стоит ненаправленная антенна, но не изотропный излучатель. Потому что из-под поверхности земли сигнал точно не придет.

Коэффициент усиления антенны G зависит от вида диаграммы направленности антенны D,КНД, КПД и степени согласования антенны с передатчиком Г

Г – это комплексный коэффициент отражения от антенны со стороны передатчика

КНД - зависит только от диаграммы направленности антенны. Чем уже луч антенны, тем больше коэффициент D. Мы вырезаем из всего объема, в котором мы можем излучать электромагнитные волны, делаем все уже и уже луч, а на выходе мощность не меняется, поэтому больше поток и интенсивность при постоянной мощности.

Понятное дело, что антенна это преобразователь, на входе у нас электрический сигнал, который преобразуется в эм волну. И КПД характеризует то, как она делает это.

Комплексный коэффициент отражения от антенны со стороны передатчика - это степень согласования антенны с передающим или приемным устройством.

Определим уровень сигнала в точке приема.

Для вычисления мощности принятого сигнала дополнительно необходимо знать эффективную площадь апертуры антенны, которая связана с коэф. усиления антенны приемника.

Необходимо знать нужную площадь апертуры.

Апертурные антенны – это антенны, у которых излучение осуществляется через некоторую воображаемую поверхность

Соответственно мощность принятого сигнала уже будет описываться:

Мощность сигнала в точке приема зависит от мощности передатчика . Коэффициент усиления влияет как приемной, так и передающей антенны.

Раньше, в стародавние времена, когда деревья были большие, зеленее, небо было синее, считалось так, что если нужно связаться подальше, мощность нужно сделать побольше. Но это хорошо только для стационарного оборудования. Но все больше тренды нас ведут туда, где все-таки устройства носимые. Любое увеличение мощности, это увеличение потребляемого тока от вашей батареи. А это значит, что заряжать ее вы будете не один раз в день, а два, три, пять. И обычный пользователь проклянет производителя. Поэтому путь повышения мощности, если и упоминаются в ответах, то в самом-самом конце.

Общая тенденция такая, что чем ниже частота, тем больше в диаметре антенна, потому что для эффективного излучения эм волны в пространстве нужно физически иметь хотя бы четверть волны.

Увеличивая апертуру, мы увеличиваем и мощность на входе.

Сомножитель (скобку в формуле) называют фактор ослабления сигнала в свободном пространстве.

Если рабочая частота в МГц, а расстояние в км, то фактор ослабления выраженный в дБ будет равен:

В теории связи очень часто используют внесистемные единицы

В вакууме ЭМ волна, распространяясь, уменьшает свои параметры, уменьшает свою мощность обратно пропорционально квадрату расстояния.