Формула Фрииса устарела?

Мне кажется, что формула Фрииса устарела. Мы можем заменить его формулами ближнего поля E и H, которые сходятся к одному и тому же значению в дальнем поле.

Мне было трудно использовать формулу Фрииса: всякий раз, когда я переключаюсь с ближнего поля на дальнее, возникает внезапная задержка ошибки в 20-30 дБ между значением ближнего поля и значением дальнего поля. Я не думаю, что есть какая-то граница, которая просто делает это, я думаю, что значения сглаживаются и медленно сходятся.

Таким образом, в основном граница Фраунгофера λ / (2 * π )— это очень жесткий метод определения границы дальнего поля, и он подвержен большому количеству ошибок. Я думаю, что это устарело.

Вместо этого использование формул ближнего поля, введенных доктором Гансом Грегори Шанцем, кажется более плавным взглядом на вещи:

введите описание изображения здесь

В ближнем поле точно работает, проверено опытами. И нет никаких причин, по которым бы он не простирался в дальнее поле. И, по сути, дальнее поле вместо того, чтобы стать жесткой границей, как граница Фраунгофера, становится похожей на гладкую точку схождения:

введите описание изображения здесь

В этом тесте я смоделировал 2 антенны длиной 1 м на расстоянии 50 м друг от друга, но это похоже на любой другой параметр.

Как вы можете видеть, если мы используем границу Фраунгофера, используя формулу Фрииса, дальнее поле начинается с 1,2 МГц, однако формулы ближнего поля еще не сошлись, и нет конкретной точки сходимости. Похоже, что граница дальнего поля в этом случае начинается скорее с 104,6 МГц.

Таким образом, похоже, что граница Фраунгофера является устаревшей концепцией, я думаю, что она более динамична, и границы нет, я думаю, что различия в импедансе просто сглаживаются по мере увеличения частоты, пока она медленно не достигает импеданса в свободном пространстве.

Редактировать 1: Извините, на самом деле, " d" в формулах представляет собой расстояние между передатчиком и приемником, а не граничной сферой.

Редактировать 2: Граница Фраунгофера начинается не точно с 1,2 МГц, а где-то между 806 кГц и 1,2 МГц, я не рассчитал точную частоту. Однако это не имеет значения, в любом случае существует большая разница между потерями на пути двух полей. Так что я предполагаю, что дальнее поле начинается, когда импеданс достигает импеданса свободного пространства, что больше похоже на около 104,6 МГц.

Максвелл разработал модели поля в своей оригинальной диссертации об электричестве и магнетизме и начертил их со сферическими эффектами 2-го, 3-го и 4-го порядка для излучателей ближнего поля на основе статического заряда, который можно использовать для переменных зарядов. Таким образом, формула предположения Фрииса, которая работает только для дальнего поля предполагает эффект 2-го порядка только как эллиптический излучатель с усилением или сферический изотропный излучатель, а не плоские волны 1-го порядка или тороидальные эффекты ближнего поля 3-го, 4-го порядка. они нарисованы от руки с большим разрешением в приложении, а книгу можно найти на сайте архива.
вы должны избегать ошибок Избегайте затухания Райса в открытом поле или между крышами, чтобы избежать ошибок ближнего поля. Я сделал это во время моего первого испытания конструкции ракетной антенны в 1977 году. Измерения магнитного поля сложны в ближнем поле, поэтому помните об отражениях.
@TonyStewart.EEsince'75 Я не думаю, что эта формула похожа на точность инженерного уровня, она, очевидно, не учитывает отражения или угол падения, поляризацию или тот факт, что в ближнем поле стоячая волна может связываться с другие металлические предметы. Я думаю, что это потребует много сложных вычислений. Это просто общая формула для повседневного использования.
Интересно, какие формулы они используют для зарядки WPT электромобилей мощностью 11 кВт, частотой 200 кГц, зазором 22 см и диаметром до 80 см? петля Интересно, что импеданс связи, возможно, ниже 377 Ом, но намного выше, чем ESR нагрузок зарядного устройства. таким образом, согласование импеданса является ключом к соединению антенны за счет резонанса, который я ожидаю, и / или отношение поворотов понижает напряжение с помощью автотрансформатора RX, чтобы понижать или зависит от выбора последовательного или параллельного импеданса антенны.
Из таблицы затухания следует, что E/H=1 быстро падает, что означает, что импеданс связи Z(f) резко возрастает при уменьшении f на фиксированном расстоянии d или при уменьшении d на фиксированном f, что означает ближнее поле. Это важно. возможно, связано с отношением ωL/R или влиянием щели высокого порядка (4-го, 6-го) на поле E.

Ответы (3)

Формула Фрииса устарела?

Ну, вы, вероятно, можете сказать, что формула Фрииса не работает так хорошо, когда электромагнитная волна не полностью сформировалась, а импеданс (как E/H) не равен 377 Ом, но ожидается, что она не будет работать так же хорошо в ближайшем будущем. поле или на границе.

Итак, формула Фрииса устарела? Нет, потому что в дальнем поле он работает так, как ожидалось, и будет использоваться и дальше.

Вы показали, что другая формула проще в дальнем поле? Я не вижу, что у вас есть. Вы показали, что другая формула более точна в дальнем поле? Нет, я не могу сказать, что то, что вы сказали, убедительно.

Мне было бы очень интересно посмотреть, как результаты двух формул сходятся математически (или численно), но я не уверен, что ваша таблица демонстрирует это. Может быть, это не для того, чтобы продемонстрировать это?

Еще одна вещь, которая меня озадачивает в таблице чисел, заключается в том, что вы не продемонстрировали, что учли фиксированную длину антенны в 1 метр. Ясно, что на частоте около 75 МГц четвертьволновый монополь настроен на длину 1 метр, но, как я уже сказал, ваша таблица не показывает, как вы учитывали это на более низких частотах, где его импеданс становится очень емкостным.

Не поймите меня неправильно, я не пытаюсь быть придирчивым; Я просто пытаюсь понять, что ваша таблица полностью отражает в реальном мире (не то, чтобы уравнение friis полностью соответствует реальному миру).

Ну, это может быть не проще, но определенно точнее. Формула Фрииса полностью зависит от обнаружения границы Фраунгофера, что является очень жестким взглядом на нее, определение λ / (2 * π )является эмпирическим правилом, но оно все же может быть ошибочным. Томас Кайзер говорит, что импеданс становится равным 377 Ом 5λ / (2 * π ), но кто знает, может быть, это тоже не так. Думаю, нужен более гибкий плавный подход. Поэтому я думаю, что эти формулы хороши для этого. Это должно быть более подробно проанализировано, но пока я не видел никаких других статей по этому поводу от других людей, кроме Шанца.
"Another thing that puzzles me ... " , ну, я использовал концепцию «пограничной сферы», представленную Уилером и Чу. По сути, это сфера наименьшего диаметра, которая полностью окружает антенну. Итак, у нас есть 2 граничные сферы диаметром 1 метр, находящиеся на расстоянии 50 метров друг от друга. Конечно, это грубая модель, но вроде работает.
Я не спорю, я просто говорю, что вы меня не убедили. Например, кажется, что за пределами 100 МГц ваш последний столбец (который, как я думаю, является вычислением friis) почти такой же, как и формула Шанца. Кроме того, антенны с более высоким коэффициентом усиления имеют значительно расширенное ближнее поле, поэтому использование единого размера для границы не так уж полезно.
"For instance, beyond 100 MHz it seems that your final column (which I think is the friis calc) is pretty much the same as what Schantz's formula says"Ну да, расстояние фиксировано, в этой симуляции меняется только частота. Это просто для того, чтобы показать, как сходятся два пути потерь.
"Also, higher gain antennas have a much extended near-field so a one-size fits all for the boundary isn't that useful."Я использовал основной предел максимального усиления как для передающей, так и для приемной антенн. У вас не может быть усиления выше того, что вставлено в эту мою симуляцию, если только не нарушен закон сохранения энергии. Я думаю, вы неправильно поняли, что означает «Пограничная сфера», это не граница ближнего поля, это физическая граница антенны.
@ДэвидК. Я написал этот комментарий, когда вы писали свой второй комментарий, и вы меня опередили! Я говорил о расчете границы ближнего поля.

Из того, что я помню из Корсины и Лотарингии (моя копия выдана), коэффициенты поверх (kd) ^ 2, (kd) ^ 4 и (kd) ^ 6 НЕ ЕДИНИЦА.

в его публикации он указан как 1 goo.gl/2z9rD6
@analogsystemsrf, у меня есть книга, эта книга предлагает более сложное уравнение с большим количеством параметров, таких как угол падения, в случае магнитной антенны, количество петель, усредненный по времени вектор Пойнтинга и тому подобное. Я думаю, что это более простой подход для общего использования.

Идея применения усилений фиксированной граничной сферы к уравнению Фрииса не будет работать без других существенных корректировок формулы Фрииса. При фиксированной длине антенн направленность и эффективность обеих антенн будут меняться в зависимости от частоты, и этот эффект не показан в крайнем правом столбце.

Может показаться, что если вы пытаетесь продемонстрировать модель с одной формулой, которая плавно переходит от приложения ближнего к дальнему полю, то независимой переменной для левого столбца должно быть расстояние, а не частота. Это также позволяет вам зафиксировать усиление антенны, не нарушая формулы Фрииса.

Формула Фрииса устарела?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v