Расчет затухания радиосигнала от расстояния при направленной антенне, помогите понять механизм распространения Опции

[Serj78]

По классическим формулам напряженность электромагнитного поля в свободном пространстве обратно пропорционально квадрату расстояния (как впрочем и любого поля)

Однако, это соотношение предполагается для изотропного излучателя, у которого энергия расходится во все стороны.

В случае применения направленной антенны, добавляется ее коэффициент усиления.

Однако, как мне кажется, в случае применения направленной антенны закон затухания не должен быть квадратичным, т.к подводимая энергия не рассеивается во все стороны, а направлена в одну сторону- излучатель у нас уже не изотропный

Но теория и опыты измерения антенн утверждают обратное... - в каком месте я ошибся в рассуждениях?

[Аркадий]

вот такой каркулятор лежит в сети, http://www.comptek.ru/wireless/calc/calc_ns.html, можно поэкспирементировать

[Энтомолог]

Площадь сферы 4piR^2, площадь сферического сегмента wR^2, где w(омега) это величина телесного угла в стереорадианах. Как видите, никакой разницы нет, площадь всей сферы или ее сегмента увеличивается пропорционально квадрату радиуса.

[1S49]

По классическим формулам напряженность электромагнитного поля в свободном пространстве обратно пропорционально квадрату расстояния (как впрочем и любого поля)

Однако, это соотношение предполагается для изотропного излучателя, у которого энергия расходится во все стороны.

В случае применения направленной антенны, добавляется ее коэффициент усиления.

Однако, как мне кажется, в случае применения направленной антенны закон затухания не должен быть квадратичным, т.к подводимая энергия не рассеивается во все стороны, а направлена в одну сторону- излучатель у нас уже не изотропный

Но теория и опыты измерения антенн утверждают обратное... - в каком месте я ошибся в рассуждениях?

Ну, здесь полная аналогия с геометрической оптикой (может так понятнее). Антенна ничего не ”усиливает” (ибо есмь кусок металла или диэлектрика), а ”фокусирует” в некоторый телесный угол . ”Освещаемая” площадь по-прежнему растет пропорционально квадрату расстояния и соответственно, падает освещенность.
Но, вообще, надеяться на квадратичное падение – это слишком оптимистично (если только не прямая видимость и вакуум). На самом деле все гораздо хуже: например, для 0.4 ГГц в городской застройке средней интенсивности можно смело третью степень использовать. Т.е. для увеличения дальности связи вдвое, надо увеличить мощность передатчика почти в десять раз. Для 2.4 ГГц все еще гораздо хуже.

Сообщение отредактировал 1S49 - Nov 18 2007, 11:23

[Serj78]

Спасибо!
Меня ввел в заблуждение опыт построения линейных массивов я думал что можно перенести аналогию со звуковых волн на радиоволны...

Там нам удавалось получить почти линейное затухание , однако там размеры зоны линейного затухания были практически линейные , а не сферические, и сопоставимы с размерами излучающей системы

[deemon]

Спасибо!
Меня ввел в заблуждение опыт построения линейных массивов я думал что можно перенести аналогию со звуковых волн на радиоволны...

Там нам удавалось получить почти линейное затухание , однако там размеры зоны линейного затухания были практически линейные , а не сферические, и сопоставимы с размерами излучающей системы

Понятное дело , в ближней зоне можно иметь и линейный закон , то же самое и с радиоволнами . Но вот дальше - закон снова станет квадратичным .

[Энтомолог]

В предельном случае, если ваши направленные антенны настолько хороши, что почти вся энергия из передатчика попадает в приемник, то тогда никакой квадратичной зависимости - только потери на распространение в среде.

[saulius]

По классическим формулам напряженность электромагнитного поля в свободном пространстве обратно пропорционально квадрату расстояния (как впрочем и любого поля)

напряженность падает не по квадрату , а просто обратно расстоянию.

[Энтомолог]

напряженность падает не по квадрату , а просто обратно расстоянию.

, а энергия электромагнитного поля падает пропорционально квадрату. Действительно, ошибка в терминологии, но суть дискуссии от этого не меняется.

[Ulysses]

В предельном случае, если ваши направленные антенны настолько хороши, что почти вся энергия из передатчика попадает в приемник, то тогда никакой квадратичной зависимости - только потери на распространение в среде.

Для антенн с бесконечной направленностью (с площадью апертуры, стремящейся к бесконечности), которые формируют идеальную плоскую волну в дальней зоне, и в отсутствии потерь в среде энергия от передатчика к приемнику передается без потерь.
Для антенн с высокой направленностью формируется волновой пучок, затухание в котором не описывается квадратичным законом. Квадратичный случай будет, если пространственный спектр - равномерен.

[deemon]

Для антенн с высокой направленностью формируется волновой пучок, затухание в котором не описывается квадратичным законом. Квадратичный случай будет, если пространственный спектр - равномерен.

А почему , кстати ? ПО идее , если рассматривать поведение волны на достаточно большом удалении ( не в ближней зоне ) , мы увидим расходящийся пучок волн , и геометрические размеры "пятна света" от этой антенны будут ЛИНЕЙНО зависеть от удаления ( ЭМВ распространяется строго по прямой ) , а значит - площадь этого "пятна" будет зависеть от удаления КВАДРАТИЧНО . Отсюда и квадратичный закон спада мощности от расстояния . Насколько я понимаю , исключений из этого правила нет , да и быть не может .....

[blackfin]

Для антенн с бесконечной направленностью (с площадью апертуры, стремящейся к бесконечности), которые формируют идеальную плоскую волну в дальней зоне, и в отсутствии потерь в среде энергия от передатчика к приемнику передается без потерь.

Апертура может быть и конечной.
Пример - "антенна" в виде металлического волновода одним концом упирающегося в передатчик, другим концом - в приемник..

Отсюда и квадратичный закон спада мощности от расстояния . Насколько я понимаю , исключений из этого правила нет , да и быть не может .....

Надеюсь, привел пример исключения.
Или скажете, что это не антенна?

[deemon]

Надеюсь, привел пример исключения.
Или скажете, что это не антенна?

Ну , если философски рассудить - то нет . Волна-то наружу не выходит , значит - не антенна

[roman_uhf]

2 All :
Все вышеизложенное крайне спорно при изменении точки зрения .

[deemon]

2 All :
Все вышеизложенное крайне спорно при изменении точки зрения .

А что спорно ? Ведь на практике квадратичный закон подтверждается ....

[Ulysses]

и геометрические размеры "пятна света" от этой антенны будут ЛИНЕЙНО зависеть от удаления ( ЭМВ распространяется строго по прямой ) , а значит - площадь этого "пятна" будет зависеть от удаления КВАДРАТИЧНО . Отсюда и квадратичный закон спада мощности от расстояния .

При равномерном распределении поля на апертуре распределение поля в "пятне света" не будет равномерным и границы "пятна" можно определить только условно. В приближении физической оптики четкое яркостное пятно на апертуре размывается в нечеткое пятно на удалении из-за того, что пространственный спектр волнового пучка обрезается для мнимых углов и имеется неодинаковый фазовый набег для компонент пространственного спектра.

[deemon]

При равномерном распределении поля на апертуре распределение поля в "пятне света" не будет равномерным и границы "пятна" можно определить только условно. В приближении физической оптики четкое яркостное пятно на апертуре размывается в нечеткое пятно на удалении из-за того, что пространственный спектр волнового пучка обрезается для мнимых углов и имеется неодинаковый фазовый набег для компонент пространственного спектра.

А чёткость границ и не важна тут . Важно то , что апертура приёмной антенны имеет конечную площадь , а площадь "пятна" растёт квадратично от расстояния . И чем дальше - тем больше отношение этих площадей , и тем точнее будет соблюдаться квадратичный закон , так как изменениями напряжённости поля в апертуре приёмной антенны можно уже спокойно пренебречь . Это я и имел в виду .

[Lonesome Wolf]

Прицепил неплохой primer, IMHO

Прикрепленные файлы

 Beacon_Equation.PDF ( 263.39 килобайт ) Кол-во скачиваний: 247

 

[Энтомолог]

2 All :
Все вышеизложенное крайне спорно при изменении точки зрения .

Интересно, как меняется площадь сферы в зависимости от точки зрения? Формулу в студию!

[EVS]

Для антенн с бесконечной направленностью (с площадью апертуры, стремящейся к бесконечности), которые формируют идеальную плоскую волну в дальней зоне...

Нельзя ли пояснить, как именно Вы определяете понятие дальней зоны для бесконечной апертуры? Тоже как бесконечную?
В соответствии с классиками (Kraus J.D. и др.) конечная апертура (даже стремящаяся к бесконечности, но не равная ей), в полном соответствии с принципом Гюйгенса, формирует в дальней зоне именно сферическую волну со всеми вытекающими из этого последствиями.
> roman_uhf
С интересом читал Вашу ветку с нетрадиционными взглядами, но пока веских причин для изменения своей, пусть и отродоксальной, точки зрения, не нашел .

[roman_uhf]

2 EVS :

Значит Ваше время перемен во взглядах еще не пришло .

2 Энтомолог :

Сдесь дело не в изменении площади сферы , а в отсутствии ( при ортодоксальном рассмотрении ) самого факта наличия "точечного" источника как такового . В результате такого подхода практику и теорию подгоняют друг к другу "рашпилем - по-месту" .

[anton]

В результате такого подхода практику и теорию подгоняют друг к другу "рашпилем - по-месту"

Приведи пример реально сушествуюшей системы где уровень сигнала уменьшается линейно а не по квадрату растояния.

[roman_uhf]

Если приводить пример то , чтобы не быть голословным , прийдется показывать . А у меня нет такого желания . В принципе это общедоступно
и я имею только малое время опережения . Процесс всеобщего понимания
неудержим и от этого не защититься никакими патентами . Пока надо мной
посмеиваются - значит еще не "допёрли" . А то , что народ уже подтягивается - уже неоднократно встречал вполне внятные подтверждения в интернете .

[Pir0texnik]

Хм, а интересно как распространяются продольные волны в жидком вакууме в присутствии торсионного поля?..