एपर्चर (एंटीना)

विद्युत चुम्बकीय और एंटीना (रेडियो) सिद्धांत में, एंटीना के एपर्चर को ए सतह के रूप में परिभाषित किया जाता है, एंटीना के पास या उस पर, जिस पर इसे बनाना सुविधाजनक होता है बाहरी बिंदुओं पर फ़ील्ड्स की गणना करने के उद्देश्य से फ़ील्ड मानों के संबंध में धारणाएँ। एपर्चर को अक्सर ऐन्टेना के पास एक समतल सतह के उस हिस्से के रूप में लिया जाता है, जो अधिकतम विकिरण की दिशा के लंबवत होता है, जिसके माध्यम से विकिरण का प्रमुख भाग गुजरता है।

प्रभावी क्षेत्र

ऐन्टेना के प्रभावी क्षेत्र को किसी दिए गए दिशा में परिभाषित किया जाता है, उस दिशा से ऐन्टेना पर एक प्लेन वेव घटना के पावर फ्लक्स घनत्व के लिए एक प्राप्त एंटीना के टर्मिनलों पर उपलब्ध शक्ति का अनुपात, तरंग ध्रुवीकरण से मेल खाती है एंटीना।इस परिभाषा में विशेष रूप से ध्यान देने योग्य बात यह है कि प्रभावी क्षेत्र और शक्ति प्रवाह घनत्व दोनों एक विमान तरंग के घटना कोण के कार्य हैं। एक विशेष दिशा से एक समतल तरंग मान लें $(\theta ,\phi )$, जो सरणी सामान्य के सापेक्ष दिगंश और ऊंचाई कोण हैं, में एक शक्ति प्रवाह घनत्व है $\|{\vec {S}}\|$; यह एक वर्ग मीटर के समतल तरंग की दिशा के सामान्य एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली शक्ति की मात्रा है।

परिभाषा के अनुसार, अगर कोई एंटीना डिलीवर करता है $P_{\text{O}}$ बिजली घनत्व के एक समान क्षेत्र द्वारा विकिरणित होने पर इसके आउटपुट टर्मिनलों से जुड़ी ट्रांसमिशन लाइन को वाट $|S(\theta ,\phi )|$ वाट प्रति वर्ग मीटर, एंटीना का प्रभावी क्षेत्र $A_{\text{e}}$ उस समतल तरंग की दिशा द्वारा दी गई है

$A_{\text{e}}(\theta ,\phi )={\frac {P_{O}}{\|{\vec {S}}(\theta ,\phi )\|}}.$

शक्ति $P_{\text{O}}$ एंटीना द्वारा स्वीकृत (एंटीना टर्मिनलों पर शक्ति) शक्ति से कम है $P_{\text{R}}$ विकिरण दक्षता द्वारा एक एंटीना द्वारा प्राप्त किया गया $\eta$ एंटीना की। $P_{\text{R}}$ विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की शक्ति घनत्व के बराबर है $|S(\theta ,\phi )|=|{\vec {S}}\cdot {\hat {a}}|$, कहाँ ${\hat {a}}$ ऐरे अपर्चर के लिए नॉर्मल यूनिट वेक्टर है, जिसे फिजिकल अपर्चर एरिया से गुणा किया जाता है $A$. आने वाले विकिरण को एंटीना के समान ध्रुवीकरण (तरंगें) माना जाता है। इसलिए,

$P_{\text{O}}=\eta P_{\text{R}}=\eta A|{\vec {S}}\cdot {\hat {a}}|=\eta A\|{\vec {S}}(\theta ,\phi )\|\cos \theta \cos \phi ,$

और

$A_{\text{e}}(\theta ,\phi )=\eta A\cos \theta \cos \phi .$

एंटीना या एपर्चर का प्रभावी क्षेत्र प्राप्त करने वाले एंटीना पर आधारित होता है। हालांकि, पारस्परिकता (विद्युत चुंबकत्व) के कारण, प्राप्त करने और संचारित करने में एक एंटीना की प्रत्यक्षता समान होती है, इसलिए विभिन्न दिशाओं (विकिरण पैटर्न) में एक एंटीना द्वारा प्रेषित शक्ति भी प्रभावी क्षेत्र के समानुपाती होती है। $A_{e}$. जब कोई दिशा निर्दिष्ट नहीं है, $A_{e}$ इसके अधिकतम मूल्य को संदर्भित करने के लिए समझा जाता है।

प्रभावी लंबाई

Main article: Antenna factor

See also: Effective height

अधिकांश एंटीना डिज़ाइन भौतिक क्षेत्र द्वारा परिभाषित नहीं होते हैं लेकिन तारों या पतली छड़ों से युक्त होते हैं; तब प्रभावी एपर्चर का एंटीना के आकार या क्षेत्र से कोई स्पष्ट संबंध नहीं होता है। ऐन्टेना प्रतिक्रिया का एक वैकल्पिक उपाय जिसका ऐसे एंटेना की भौतिक लंबाई से अधिक संबंध है, प्रभावी लंबाई है $l_{\text{eff}}$ मीटर में मापा जाता है, जिसे प्राप्त एंटीना के लिए परिभाषित किया गया है

$l_{\text{eff}}=V_{0}/E_{\text{s}},$

कहाँ

$V_{0}$ एंटीना के टर्मिनलों पर दिखने वाला ओपन-सर्किट वोल्टेज है,

$E_{s}$ ऐन्टेना पर वाल्ट प्रति मीटर में रेडियो सिग्नल की विद्युत क्षेत्र शक्ति है।

प्रभावी लंबाई जितनी लंबी होगी, उसके टर्मिनलों पर वोल्टेज उतना ही अधिक होगा। हालाँकि, उस वोल्टेज द्वारा निहित वास्तविक शक्ति ऐन्टेना के फीडपॉइंट प्रतिबाधा पर निर्भर करती है, इसलिए यह सीधे एंटीना लाभ से संबंधित नहीं हो सकती है, जो प्राप्त शक्ति का एक माप है (लेकिन सीधे वोल्टेज या करंट निर्दिष्ट नहीं करता है)। उदाहरण के लिए, एक अर्ध-तरंग द्विध्रुव की एक छोटी द्विध्रुव की तुलना में अधिक प्रभावी लंबाई होती है। हालाँकि लघु द्विध्रुव का प्रभावी क्षेत्र लगभग उतना ही बड़ा है जितना कि यह अर्ध-तरंग एंटीना के लिए है, क्योंकि (आदर्श रूप से), एक आदर्श प्रतिबाधा-मिलान नेटवर्क दिया जाता है, यह उस तरंग से लगभग उतनी ही शक्ति प्राप्त कर सकता है। ध्यान दें कि किसी दिए गए एंटीना फीडपॉइंट प्रतिबाधा के लिए, एक एंटीना का लाभ या $A_{\text{eff}}$ के वर्ग के अनुसार बढ़ता है $l_{\text{eff}}$, ताकि अलग-अलग तरंग दिशाओं के सापेक्ष एंटीना की प्रभावी लंबाई उन दिशाओं में लाभ के वर्गमूल का अनुसरण करे। लेकिन चूंकि एंटीना के भौतिक आकार को बदलने से अनिवार्य रूप से प्रतिबाधा (अक्सर एक महान कारक द्वारा) बदल जाती है, प्रभावी लंबाई अपने आप में एक एंटीना की चरम दिशात्मकता का वर्णन करने के लिए योग्यता का एक उपयोगी आंकड़ा नहीं है और सैद्धांतिक महत्व का अधिक है।

एपर्चर दक्षता

सामान्य तौर पर, ऐन्टेना के एपर्चर को उसके भौतिक आकार से सीधे अनुमान नहीं लगाया जा सकता है। हालांकि तथाकथित एपर्चर एंटेना जैसे परवलयिक एंटीना और हॉर्न एंटीना में एक बड़ा (तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष) भौतिक क्षेत्र होता है $A_{\text{phys}}$ जो इस तरह के विकिरण के लिए अपारदर्शी है, अनिवार्य रूप से एक समतल तरंग से एक छाया बनाता है और इस प्रकार शक्ति की मात्रा को हटा देता है $A_{\text{phys}}S$ मूल बीम से। विमान तरंग से हटाई गई शक्ति वास्तव में ऐन्टेना (विद्युत शक्ति में परिवर्तित), परावर्तित या अन्यथा बिखरी हुई, या ओमिक हानि (गर्मी में परिवर्तित) द्वारा प्राप्त की जा सकती है। इस मामले में प्रभावी एपर्चर $A_{e}$ ऐन्टेना भौतिक छिद्र के क्षेत्रफल से हमेशा कम (या बराबर) होता है $A_{\text{phys}}$, क्योंकि यह वास्तव में विद्युत शक्ति के रूप में प्राप्त उस तरंग के हिस्से के लिए ही खाता है। एक एपर्चर एंटीना की एपर्चर दक्षता $e_{\text{a}}$ इन दो क्षेत्रों के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

$e_{\text{a}}={\frac {A_{e}}{A_{\text{phys}}}}.$

एपर्चर दक्षता 0 और 1 के बीच एक आयाम रहित पैरामीटर है जो मापता है कि ऐन्टेना अपने भौतिक एपर्चर को पार करने वाली सभी रेडियो तरंग शक्ति का उपयोग करने के लिए कितना करीब आता है। यदि एपर्चर दक्षता 100% थी, तो उसके भौतिक एपर्चर पर पड़ने वाली सभी तरंगों की शक्ति उसके आउटपुट टर्मिनलों से जुड़े भार को वितरित विद्युत शक्ति में परिवर्तित हो जाएगी, इसलिए ये दो क्षेत्र समान होंगे: $A_{\text{e}}=A_{\text{phys}}$. लेकिन एक परवलयिक डिश के आवाजलगाना के साथ-साथ अन्य बिखरने या हानि तंत्रों द्वारा गैर-समान रोशनी के कारण, यह व्यवहार में प्राप्त नहीं होता है। चूंकि परवलयिक एंटीना की लागत और हवा का भार भौतिक एपर्चर आकार के साथ बढ़ता है, एपर्चर दक्षता को अधिकतम करके इन्हें कम करने के लिए एक मजबूत प्रेरणा हो सकती है (एक निर्दिष्ट एंटीना लाभ प्राप्त करते समय)। ठेठ एपर्चर एंटेना की एपर्चर क्षमता 0.35 से भिन्न होती है से 0.70 से अधिक।

ध्यान दें कि जब कोई ऐन्टेना की दक्षता के बारे में बात करता है, तो अक्सर इसका मतलब विकिरण दक्षता होता है, एक उपाय जो सभी एंटेना पर लागू होता है (न केवल एपर्चर एंटेना) और केवल ओमिक हानि के कारण लाभ में कमी के लिए खाता है। एपर्चर एंटेना के बाहर, अधिकांश एंटेना पतले तारों या छड़ों से बने होते हैं जिनमें एक छोटा सा भौतिक क्रॉस-आंशिक क्षेत्र होता है (आमतौर पर $A_{\text{e}}$) जिसके लिए एपर्चर दक्षता भी परिभाषित नहीं है।

एपर्चर और लाभ

ऐन्टेना की प्रत्यक्षता, रेडियो तरंगों को एक दिशा में अधिमानतः निर्देशित करने या किसी दिए गए दिशा से अधिमान्य रूप से प्राप्त करने की क्षमता, एक पैरामीटर द्वारा व्यक्त की जाती है $G$