Надо выиграть!, Усиление многоэлементной антенны Опции

[ZADIRA]

Дано: Антенна волновой канал усиление которой 5 децибел на прием . Пример: 3 элемента. Частота 144 МГц 50 Ом. Рефлектор. Вибратор. Директор.
Вопрос: усилится поданный сигнал на вибратор на 5 децибел ? Т.е. имеет ли антенна прием-передача одинаковое усиление? Желательно в цифрах.

[ZADIRA]

Да, извиняюсь, ошибся. Тогда поданная мощность на вибратор 1 Вт при 20 дБ усиления будет 100Вт

[Композитор]

Усиление антенны что на прием что на передачу одинаковое.
Но вот если работает антенная решетка - все иначе.

Получается, что при совершенствовании антенны на прием прибавка может быть больше чем на передачу. за счет того, что прирост ограничен мощностью нашего передатчика , но не ограничен на прием .
Есть один волновой канал - есть какие-то микроватты на разъеме. ок.

Добавили допустим антенн, сделали решетку - микроватты растут .
Сделали такую решетку как у радиотелескопа - там ужи милливатты на разъеме. И ограничения нет . Добавляй антенны - будет добавляться сигнал.

Но на передачу не так.

Потому что, на прием это сумма мощностей со всех антенн. А на передачу вроде бы тоже излучается сумма, но при этом мощность передатчика делится на количество антенн.


Вот это пожалуй единственный случай, когда усиление антенны на прием не такое как на передачу.


По теме.
Вроде бы начинаю въезжать что вы хотите. Вас смущает, что напряжение на концах вибратора не выросло, а мощность выросла на 20 дБ?
Ну так оно там и не должно расти. тот диполь как работал , так и работает себе. С чего бы на его концах расти напряжению? Мощность же фактически не выросла.
Прирост получился за счет перераспределения существующей мощности :

Убрали рефлектором излучения назад и перенаправили его вперед.
Директором сделали более узкий пучок .

В итоге если измеряем напряженность поля там, куда этот пучок "светит" - имеем там прирост 20 или сколько там дб. (не знаю откуда цифра 20) за счет того, что вне этого пучка напряженность поля упала сильно. Везде убыло, поэтому там, куда мы прицелились прибыло. А мощность как была так и есть. и напряжение на вибраторе как было так и осталось.

[Утюг]

Добавили допустим антенн, сделали решетку - микроватты растут .
Сделали такую решетку как у радиотелескопа - там ужи милливатты на разъеме. И ограничения нет . Добавляй антенны - будет добавляться сигнал.

Но на передачу не так.

Немного не так.
Решетка из антенн должна быть правильно фазирована.
И в этом случае пучёк сужается, точно так-же как для всех остальных антенн.
И усиление будет опять же как у и всех остальных антенн, одинаковое как на передачу так и на прием.

И наоборот, если решетка будет неправильно сфазирована, диаграмма направленности будет непойми какая и усиление тоже.

В свободном пространстве поставить антенну на палке , высотой более 1\4 волны. На второй палке установить приемную антенну любого типа, ненаправленную и к ней подключить ВЧ вольтметр.

Обычно делают наоборот, на измеряемой и вращаемой антенне меряют измерителем, а отдельная антенна светит.

[Композитор]

И усиление будет опять же как у и всех остальных антенн, одинаковое как на передачу так и на прием.

если рассматривать антенну (ФАР) как отдельный узел - да

В связке с передатчиком рост напряженности поля на приемной стороне при увеличении количества антенн в решетке будет меньше чем если бы решетка работала на прием.

допустим одна антенна принимая какой-то сигнал дает 1 мВ.
две дадут около 2мВ . (минус разные потери)

Та же схема на передачу : в одной антенне 100 ватт. она даст напряженность поля на каком-то удалении 1 мВ.
Две антенны должны бы дать тоже 2 мВ как и на прием.
но нет.
Мощность 100 Вт разделилась и в каждой антенне теперь 50 ватт.
По этому на передачу прирост сигнала на приемной стороне не линейный ,а по-моему квадратичный (надо бы освежить в памяти, точно не помню какая там зависимость, но точно не линейная и не такая как на прием).

но если рассмотреть саму антенну отдельно от всего - да, ее усиление одинаковое как на передачу так и на прием. это факт.

[Утюг]

допустим одна антенна принимая какой-то сигнал дает 1 мВ.
две дадут около 2мВ . (минус разные потери)

не дадут, мощности складываются, две дадут 1.4 мв
и в обратную сторону также, мощности делятся поровну между антенами
в обе стороны одинаково это работает

[Композитор]

Вот <noindex>тут</noindex> про это дело написано.
Да, верно 1.4. напряжение - это не мощность. Было бы правильнее мне выше написать не мВ а мВт.

[Утюг]

там написано, что зависимость коэффициента усиления фар от количества излучателей и поверхности адсорбции - сложная и нелинейная, но там ни где не написано, что коэффициент усиления одной и той же фар разный на прием и на передачу.
Потоумчто коэффициент усиления на прием и передачу одинаковый.

Я больше скажу, волновой канал это тоже фар, директоры это пассивные переизлучатели, которые имеют такой размер и положение в пространстве, чтобы их переизлученная волна складывалась с излучением основного вибратора в фазе и формировала более направленный фронт волны.

Вообще любые элементарные излучатели расположенные как угодно в пространстве способны работать как фар, если будут излучать в правильной фазе.

А отражение это переизлучение , и например параболическое зеркало, это куча элементарных пассивных переизлучателей, расположенных так чтобы в фокус параболы сигнал пришел в фазе. Не задумывался почему форма параболическая? как раз дял того чтоб фаза в фокусе была одна и та-же, расстояние которое преодолевают все волны до фокуса - одинаковое, это математическая суть параболы.
Параболическая антенна, как и волновой канал, как и любая друугая ФАР, работают по абсолютно одинаковому принципу, и на прием и передачу имеют одинаковый коэффициент усиления.
Ну не может он отличаться никак!

И теперь на пальцах про суть откуда берется коэффициент усиления и что такое направленность.
Скорость затухания сигнала обратно-пропорциональна радиусу кривизны фронта волны. Волна распространяетяс строго перпендикулярно фронту.
У простейшего вибратора с круговым излучением, радиус фронта волны равен расстоянию до излучателя, она идеально круглая.
Суть любой сложной направленной антенны в формировании излучаемой волны с как можно бОльшим радиусом фронта в заданном направлении.
Идеальный случай - излучение с абсолютно плоским фронтом, оно двигается абсолютно в одном направлении перпендикулярно фронту и абсолютно не теряет интенсивность в абсолютном вакууме.

Так вот, антенна из четырех вибраторов по 25 ват (если их правильно расположить и они будут правильно фазированы) в ближнем поле будет излучать такую же интенсивность поля как и один вибратор в который закачали 100 ват.
Но! центр окружности фронта волны одиночного вибратора будет как раз в центре этого вибратора, а у решетки из 4 вибраторов, центр окружности фронта волны будет сзади! на некотором расстоянии от плоскости вибраторов!

К примеру на расстоянии 1 метр от антенн в ближнем поле напряженность поля обоих антенн будет одинаковая, к примеру 10 вт/м2, а на расстоянии 100 метров, уже будет обратно пропорциональна отношению квадратов радиусов фронта волны.
Тоесть для одного вибратора она уменьшится в (100/1)^2 = 10000 раз, и будет 1 мВт/м2 а для фар у которой центр радиуса фронта волны на 1 метр смещен назад, она будет в (100/2)^2 = 2500 раз меньше, и будет 4 мВт/м2, тоесть у решетки на 6 дб по амплитуде больше.

Эти преобразования из волн в электрическую мощность в антенне и наоборот взаимно обратимы по одному и тому же принципу(за исключением потерь на нагрев полотна антенны и окружающих предметов и сред).

[Композитор]

все логично.
видимо в той статье которую я читал была неверная информация . но я точно помню что читал это.

объяснялось так, что напряженность поля (читай мощность) в точке приема не уменьшается , сколько антенн ни поставь. и суммарная мощность со всех антенн решетки может расти и расти пока добавляют антенны в решетку.
а при работе на передачу мощность ограничена мощностью передатчика и эффективность системы ФАР+передатчик повышается до какого-то предела, после которого добавление антенн в решетку уже практически ничего не меняет.

и оно в самом деле так.
два диполя в сравнении с одним - разница большая.
4 диполя в сравнении с двумя - не так существенно.
6 в сравнении с 4-мя - вообще незначительно .
конечно это все без каких-либо серьезных замеров. просто монтировали передающие антенны и волей-неволей сравнивали как принимается станция... дальность и плотность (или как это назвать ... стабильность приема)


диполя и мачты

[Утюг]

а при работе на передачу мощность ограничена мощностью передатчика и эффективность системы ФАР+передатчик повышается до какого-то предела, после которого добавление антенн в решетку уже практически ничего не меняет.

до какого-то предела, до ~ 100 %
если решетка будет достаточно большой,а на расстоянии 100 метров на приемной стороне будет такая же решетка и они будут светить точно друг в друга, то на приемной стороне вполне реально получить мощность больше 50 ват... и точно меньше теоретического предела 100 ват оно же 100%.
А с двумя диполями увы будет 1мВт или меньше