Calcolatori Antenna Magus

Questo calcolatore risolve l'equazione di trasmissione di Friis per una delle sue variabili. L'equazione di trasmissione di Friis mette in relazione la potenza ricevuta da un'antenna con la potenza irradiata da un'altra antenna, a una distanza specificata (nello spazio libero). Le forme modificate dell'equazione di base di Friis consentono l'inclusione di molti fattori di sistema, tra cui mancata corrispondenza dell'antenna, assorbimento nel mezzo di propagazione, perdite nei cavi, ecc. Il calcolatore di Antenna Magus include gli effetti di mancata corrispondenza dell'antenna. Non compensa la polarizzazione e il disallineamento fisico, ma può prenderli in considerazione regolando i valori utilizzati per il guadagno delle rispettive antenne.

Questo calcolatore risolve l'equazione ben nota della portata del radar per qualsiasi delle sue variabili. L'equazione della portata del radar si basa sulla potenza ricevuta dal ricevitore del radar e fa riferimento a:

• La potenza trasmessa dal trasmettitore radar,
• La sezione trasversale del radar della destinazione,
• I guadagni delle antenne,
• La frequenza e
• La distanza tra le antenne e la destinazione.

La forma dell'equazione utilizzata in questo calcolatore consente di utilizzare un radar bistatico, ma non tiene conto della mancata corrispondenza della polarizzazione o della compensazione del guadagno per le antenne disallineate

Il rapporto segnale/rumore (SNR; signal-to-noise) è un criterio di rilevabilità in un collegamento di comunicazione. Praticamente, confronta il livello del segnale richiesto con il livello del rumore di fondo. Un rapporto superiore a 1:1 indica più segnale che rumore.

L'equazione utilizzata in questo strumento è mostrata qui. I parametri utilizzati nell'equazione sono:

• Potenza trasmessa (P_t),
• Apertura effettiva dell'antenna del trasmettitore (A_et),
• Apertura effettiva dell'antenna del ricevitore (A_er),
• Distanza trasmettitore-ricevitore (r),
• Lunghezza d'onda (λ),
• Larghezza di banda (B),
• Costante di Boltzmann (k)
• Temperatura del sistema

Ad esempio, i parametri di input seguenti determinano un rapporto segnale/rumore (SNR) di 72,78e-3.

• Potenza di trasmissione: 1 mW
• Frequenza di funzionamento: 1 GHz
• Apertura effettiva dell'antenna del trasmettitore (AET): 78,53 cm2
• Apertura effettiva dell'antenna del ricevitore (AER): 100 cm2
• Separazione dell'antenna: 10 km
• Larghezza di banda del sistema: 30 MHz
• Temperatura del sistema: 290 K

I telescopi radio sono dispositivi di rilevamento remoto. I telescopi a terra puntano verso il cielo per osservare gli oggetti celesti. I telescopi installati su velivoli o satelliti puntano sulla terra. L'equazione presuppone che la radiazione rilevata o percepita dal telescopio abbia origine negli oggetti osservati, noti come sensori remoti passivi.

Questo strumento calcola la temperatura (misurata o dell'oggetto) per varie applicazioni di rilevamento remoto:

1. Il radiotelescopio terrestre rileva a distanza una sorgente celeste attraverso la nube interstellare
2. Il radiotelescopio su satellite rileva la terra attraverso la foresta
3. Il ricevitore rileva l'uscita dell'antenna attraverso la linea di trasmissione

L'antenna fa parte del sistema ricevente composto, in generale, da un'antenna, un ricevitore e una linea di trasmissione che le collega. La temperatura del sistema è un fattore critico per determinare la sensibilità e il rapporto segnale/rumore di un sistema ricevente.

L'equazione utilizzata in questo strumento è:

I parametri utilizzati nell'equazione sono:

• Temperatura del rumore dell'antenna espressa in Kelvin (T_an)
• Temperatura fisica dell'antenna espressa in Kelvin (T_ap)
• Efficienza dell'antenna (E _a),
• Temperatura della linea di trasmissione fisica espressa in Kelvin (T_lp)
• Efficienza della linea di trasmissione (E_l)
• Temperatura del rumore del ricevitore espressa in Kelvin (T_rn)

per produrre una temperatura del sistema in Kelvin (T_sys).

Un satellite di comunicazione funge da relè radio nello spazio. Il collegamento di comunicazione può essere tra le stazioni a terra o tra le antenne di altri satelliti.

Un modo per aumentare la capacità del sistema consiste nell'aumentare la larghezza di banda (bw). Il riutilizzo delle frequenze è un modo per aumentare la larghezza di banda. Nei casi con un rapporto fisso tra potenza portante e rumore (CN), la riduzione dell'area di copertura (Acov) può aumentare la larghezza di banda. Le antenne a fascio multiplo possono ridurre l'area di copertura, poiché dividono la potenza tra i fasci.

Altri parametri dell'equazione includono la potenza del trasmettitore satellitare (P_t), l'area di interesse dell'antenna della stazione di terra (A_r), la temperatura di sistema equivalente (T_s) e la perdita accidentale (L_i).

Questo calcolatore determina le caratteristiche elettriche per le proprietà fisiche date di una linea di microstrisce o viceversa. I calcoli considerano l'effetto dello spessore del metallo.

Questo calcolatore permette di determinare l'impedenza per un dato coassiale fisico oppure consente di calcolare il diametro interno o esterno in base ai parametri forniti. Calcola anche altri parametri delle linee di trasmissione, tra cui la capacità e l'induttanza per unità di lunghezza.

Questo calcolatore determina le caratteristiche elettriche per le proprietà fisiche date di una struttura della guida d'onda coplanare o viceversa. I calcoli considerano l'effetto dello spessore del metallo.

Questo calcolatore determina l'impedenza per le proprietà fisiche date di una struttura della guida d'onda coplanare con messa a terra

Questo calcolatore determina la frequenza di taglio, l'impedenza dell'onda e la lunghezza d'onda guidata delle prime cinque modalità dominanti per la guida d'onda circolare definita.

La modalità di funzionamento fondamentale in una guida d'onda circolare è la modalità TE₁₁. Mostriamo una rappresentazione delle frequenze di taglio relative, normalizzando le frequenze alla frequenza di taglio della modalità TE₁₁ fondamentale.

Questo calcolatore determina la frequenza di taglio, l'impedenza dell'onda e la lunghezza d'onda guidata delle prime cinque modalità dominanti per la guida d'onda rettangolare definita.

La modalità fondamentale in una guida d'onda rettangolare è la modalità TE₁₀. In questa modalità, l'impedenza della guida d'onda dipende interamente dalla larghezza della guida d'onda. Mostriamo una rappresentazione delle frequenze di taglio relative, normalizzando le frequenze alla frequenza di taglio della modalità TE₁₀ fondamentale.

Questo calcolatore calcola un guadagno approssimativo per determinate larghezze del fascio o viceversa. Il guadagno esatto varia in base a numerosi fattori, tuttavia il presente calcolatore offre un'utile linea guida di riferimento. Il calcolatore consente di specificare separatamente la larghezza del fascio verticale e orizzontale.

Questo calcolatore calcola il guadagno previsto per un'apertura di una data area ed efficienza. Può anche invertire l'equazione per risolvere uno qualsiasi degli altri parametri. Ad esempio, calcola l'efficienza dell'apertura di un'antenna a tromba.

L'efficienza totale dell'antenna considera le perdite in corrispondenza dei terminali d'ingresso e all'interno della struttura dell'antenna. Le perdite tipiche sono:

• Riflessi dovuti alla mancata corrispondenza tra la linea di trasmissione e l'antenna
• Perdite I2R (conduzione e dielettrico)

Questo strumento calcola l'efficienza totale dell'antenna utilizzando la seguente equazione:

e₀ = e_r e_cd

dove

e₀ = efficienza totale dell'antenna

e_r = efficienza di riflessione (mancata corrispondenza) = (1 - |Τ|2)

e_cd = efficienza di radiazione dell'antenna

T = coefficiente di riflessione della tensione sui terminali di input dell'antenna [Τ = (Zi_n - Z₀)/(Z_in - Z₀), dove Zi_n = impedenza di input dell'antenna, Z₀ = impedenza caratteristica della linea di trasmissione].

L'efficienza totale dell'antenna considera le perdite dovute alla riflessione, alla conduzione e alle perdite dielettriche di un'antenna. Le perdite dielettriche e di conduzione sono difficili da determinare, pertanto vengono spesso misurate per valutarle con precisione. Anche con le misurazioni, la separazione è difficile. Le perdite combinate costituiscono l'efficienza delle radiazioni (e_cd). La definizione di efficienza delle radiazioni è il rapporto tra potenza erogata e resistenza alle radiazioni (R_r) e tra potenza erogata alla resistenza alle radiazioni e resistenza dielettrica di conduzione (R_L)

• e_cd = efficienza di radiazione dell'antenna
• R_r = resistenza alle radiazioni
• R_L = resistenza che rappresenta la combinazione delle perdite di conduzione-dielettriche.

Ogni oggetto con una temperatura fisica superiore allo zero assoluto irradia energia. La temperatura equivalente rappresenta la quantità di energia irradiata.

Se un'antenna mantenuta a una determinata temperatura fisica (T_p) è collegata a un ricevitore tramite una linea di trasmissione di lunghezza (L), con una temperatura costante (T_o) e un'attenuazione uniforme (α), è possibile calcolare la temperatura effettiva dell'antenna in corrispondenza del terminale del ricevitore T_ant tenendo conto della temperatura fisica TAP.
 

I parametri utilizzati nell'equazione sono:

• T_ant = temperatura dell'antenna in corrispondenza dei terminali del ricevitore (K)
• T_a = temperatura del rumore dell'antenna in corrispondenza dei terminali dell'antenna (K)
• T_AP = temperatura dell'antenna in corrispondenza dei terminali dell'antenna a causa della temperatura fisica (K)
• T_p = temperatura fisica dell'antenna (K)
• α = coefficiente di attenuazione della linea di trasmissione (Np/m)
• ε_A = efficienza termica dell'antenna
• L = lunghezza della linea di trasmissione (m)
• T_o = temperatura fisica del cavo di trasmissione (K)

Il guadagno realizzato di un'antenna viene calcolato considerando l'efficienza totale dell'antenna, insieme alla sua direttività.

L'efficienza totale dell'antenna considera le perdite dovute ai riflessi sui terminali d'ingresso e le perdite all'interno della struttura dell'antenna.

L'efficienza totale e0 può essere descritta come:

er è l'efficienza di riflessione (mancata corrispondenza), ed è l'efficienza dielettrica mentre ec è l'efficienza di conduzione. Solitamente, le efficienze dielettriche e di conduzione sono raggruppate, in quanto vengono misurate come una singola entità e conosciute con l'acronimo ECD. Possiamo descrivere l'efficienza totale come segue:

Calcoliamo il guadagno realizzato utilizzando l'efficienza totale e la direzionalità come segue:

Il guadagno realizzato e la direttività sono specificati in dBi, il coefficiente di riflessione della tensione in dB e l'efficienza come valore compreso tra 0 e 1.

Questo calcolatore traccia l'apertura approssimativa e la distribuzione dell'alimentazione di una tipica topologia del riflettore parabolico asimmetrico. La distribuzione dell'alimentazione/apertura viene determinata in base a:

• Il modificatore della forma (P) derivato dalla lunghezza focale data
• Il rapporto del diametro (F/D),
• La conicità del bordo (E_T) e
• L'efficienza di distribuzione dell'apertura/alimentazione (a_de / f de) [Rahmat-Samii].

Questa immagine mostra l'effetto del modificatore di forma P sulla distribuzione dell'alimentazione/apertura:

La distribuzione sull'alimentazione è diversa dalla distribuzione sull'apertura, a causa delle proprietà del riflettore principale. Il grafico dipende dal rapporto F/D del disco. L'efficienza dell'apertura o dell'alimentazione viene calcolata in relazione a una distribuzione piatta "ideale".

Per una piastra del riflettore parabolico specifica e un'antenna di alimentazione, calcoliamo il modello di guadagno utilizzando il pratico Strumento di approssimazione del modello. Questo strumento consente all'utente di prendere in considerazione il guadagno teorico e le prestazioni del modello di riflettori più grandi, che potrebbero comportare tempi di simulazione lunghi. Consente inoltre di prevedere l'influenza di parametri quali il rapporto di blocco o l'efficienza di distribuzione dell'alimentazione.

Ad esempio, lo strumento viene utilizzato per studiare l'effetto del rapporto di blocco sullo schema senza dover eseguire alcuna simulazione, come mostrato nel grafico.

Manteniamo costanti i seguenti parametri:

• Frequenza di funzionamento: 10 GHz
• D (diametro del riflettore): 200 mm
• Rapporto F/D: 0,34
• E_T (distribuzione conicità del bordo): -35 dB
• F_de (efficienza di distribuzione dell'alimentazione): 70%

La distribuzione sull'alimentazione è diversa dalla distribuzione sull'apertura, a causa delle proprietà del riflettore principale. Il grafico dipende dal rapporto F/D del disco. L'efficienza dell'apertura o dell'alimentazione viene calcolata in relazione a una distribuzione piatta "ideale".

La sezione trasversale del radar (RCS; Radar Cross Section) di un oggetto è la sua area effettiva che intercetta la densità di potenza dell'incidente che, se dispersa in modo isotropico, determinerebbe la potenza di retrodiffusione ricevuta. La valutazione si basa sulla supposizione che le polarizzazioni siano corrispondenti.

Questo calcolatore restituisce la sezione trasversale del radar (RCS) di un oggetto, dati i vari obiettivi di input.

L'equazione semplificata in questo calcolatore determina la RCS di un oggetto, in base alla frequenza, alla potenza ricevuta, alla potenza trasmessa, alla distanza totale del percorso e all'area di apertura dell'antenna.

Un'antenna è un oggetto con una caratteristica RCS unica, poiché parte della potenza ricevuta viene erogata ai terminali dell'antenna. Una buona corrispondenza di impedenza al segnale riduce la reirradiazione e quindi la RCS.

La profondità di pelle è una misura della conduzione elettrica all'interno di un conduttore. In corrente continua (0 Hz) la corrente viene distribuita equamente sulla sezione trasversale di un conduttore. Quando la frequenza aumenta, la distribuzione della corrente cambia con la densità di corrente più elevata vicino alla superficie del conduttore.

La profondità di pelle, δ, è una funzione della frequenza, della permeabilità relativa del conduttore, μ_r e della resistività, ρ (o conduttività, ο, dove ο = 1/ ρ). È definita come la profondità sotto la superficie di un conduttore in cui la densità di corrente è scesa a 1/e (≈ 0,37) della densità di corrente sulla superficie.
Dove

δ: Profondità di pelle [m]

μ₀: Permeabilità al vuoto [H.m-1]

ρ: Resistività [Ω.m]

ο: Conduttività [S.m-1]