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 क्षेत्र की गणना करने के उद्देश्य से क्षेत्र मानों के संबंध में धारणाएँ एपर्चर को अधिकांशतः ऐन्टेना के पास एक समतल सतह के उस भाग 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 परिभाषित किया गया है "किसी दिए गए दिशा में, उस दिशा से ऐन्टेना पर एक प्लेन तरंग घटना के पावर फ्लक्स घनत्व के लिए एक प्राप्त एंटीना के टर्मिनलों पर उपलब्ध शक्ति का अनुपात लहर ध्रुवीकरण से मेल खाती है ऐन्टेना के लिए।" 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। मान लें कि एक विशेष दिशा $(\theta ,\phi )$ से एक समतल तरंग, जो सरणी सामान्य के सापेक्ष दिगंश और उन्नयन 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, यदि कोई एंटेना $P_{\text{O}}$ वाट को अपने आउटपुट टर्मिनलों से जुड़ी संचरण र्रेखा को वितरित करता है जब विद्युत् घनत्व के एक समान क्षेत्र द्वारा विकिरणित किया जाता है $|S(\theta ,\phi )|$ वाट प्रति वर्ग मीटर उस विमान तरंग की दिशा के लिए एंटीना का प्रभावी क्षेत्र $A_{\text{e}}$} द्वारा दिया जाता है

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

ऐन्टेना द्वारा स्वीकार की गई शक्ति$P_{\text{O}}$ (एंटीना टर्मिनलों पर शक्ति) $P_{\text{R}}$ द्वारा प्राप्त की गई शक्ति से कम है जो विकिरण द्वारा एक एंटीना द्वारा प्राप्त की जाती है। ऐन्टेना की दक्षता $\eta$। [1] $P_{\text{R}}$ विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की शक्ति घनत्व के समान है $|S(\theta ,\phi )|=|{\vec {S}}\cdot {\hat {a}}|$ जहां ${\hat {a}}$ ऐरे अपर्चर के लिए नॉर्मल यूनिट वेक्टर है, जिसे फिजिकल अपर्चर एरिया $A$ से गुणा किया जाता है। आने वाले रेडिएशन को एंटीना के समान ध्रुवीकरण 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। चूँकि पारस्परिकता के कारण प्राप्त करने और संचारित करने में एक एंटीना की प्रत्यक्षता समान होती है इसलिए विभिन्न दिशाओं (विकिरण प्रतिरूप) में एक एंटीना द्वारा प्रेषित शक्ति भी प्रभावी क्षेत्र $A_{e}$ के समानुपाती होती है। जब कोई दिशा निर्दिष्ट नहीं की जाती है तो $A_{e}$ को इसके अधिकतम मान को संदर्भित करने के लिए समझा जाता है।

प्रभावी लंबाई

Main article: एंटीना कारक

See also: प्रभावी ऊँचाई

अधिकांश एंटीना डिज़ाइन भौतिक क्षेत्र द्वारा परिभाषित नहीं होते हैं किन्तु 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 वह है प्रभावी लंबाई $l_{\text{eff}}$ जिसे मीटर में मापा जाता है जिसे प्राप्त करने वाले एंटेना के लिए के रूप में परिभाषित किया गया है।

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

जहाँ

$V_{0}$ एंटीना के टर्मिनलों पर दिखने वाला विवर्त परिपथ वोल्टेज है

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

प्रभावी लंबाई जितनी लंबी होगी उसके टर्मिनलों पर वोल्टेज उतना ही अधिक होगा। चूँकि 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 (किन्तु 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। चूँकि 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 $A_{\text{eff}}$ , $l_{\text{eff}}$ के वर्ग के अनुसार बढ़ता है जिससे अलग-अलग तरंग दिशाओं के सापेक्ष एंटीना की प्रभावी लंबाई उन दिशाओं में लाभ के वर्गमूल का अनुसरण करे किन्तु चूंकि एंटीना के भौतिक आकार को बदलने से अनिवार्य रूप से प्रतिबाधा (अधिकांशतः 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

सामान्यतः ऐन्टेना के एपर्चर को उसके भौतिक आकार से सीधे अनुमान नहीं लगाया जा सकता है। चूँकि तथाकथित एपर्चर एंटेना जैसे परवलयिक व्यंजन और हॉर्न एंटेना में एक बड़ा (तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष) भौतिक क्षेत्र $A_{\text{phys}}$ होता है, जो इस तरह के विकिरण के लिए अपारदर्शी होता है अनिवार्य रूप से एक से छाया डालना समतल तरंग और इस प्रकार मूल बीम से $A_{\text{phys}}S$ शक्ति की मात्रा को हटाना। विमान तरंग से निकाली गई वह शक्ति वास्तव में ऐन्टेना (विद्युत शक्ति में परिवर्तित), परावर्तित या अन्यथा बिखरी हुई, या अवशोषित (गर्मी में परिवर्तित) द्वारा प्राप्त की जा सकती है। इस स्थिति में प्रभावी एपर्चर $A_{e}$ सदैव ऐन्टेना के भौतिक एपर्चर$A_{\text{phys}}$के क्षेत्रफल से कम (या समान ) होता है क्योंकि यह वास्तव में केवल उस तरंग के भाग के लिए खाता होता है। विद्युत शक्ति के रूप में प्राप्त होता है। एपर्चर ऐन्टेना की एपर्चर दक्षता $e_{\text{a}}$ को 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 समीप 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: $A_{\text{e}}=A_{\text{phys}}$ किन्तु एक परवलयिक डिश के फ़ीड के साथ-साथ अन्य बिखरने या हानि तंत्रों द्वारा गैर-समान प्रकाश 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 शक्तिशाली प्रेरणा हो सकती है (एक निर्दिष्ट एंटीना लाभ प्राप्त करते समय)। ठेठ एपर्चर एंटेना की एपर्चर क्षमता 0.35 से 0.70 से अधिक तक भिन्न होती है।

ध्यान दें कि जब कोई ऐन्टेना की दक्षता के बारे में बात करता है तो अधिकांशतः इसका अर्थ विकिरण दक्षता होता है एक उपाय जो सभी एंटेना पर प्रयुक्त 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 (सामान्यतः $A_{\text{e}}$) 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 $G$ द्वारा व्यक्त की जाती है जिसे एंटीना लाभ कहा जाता है। इसे सामान्यतः $P_{\text{o}}$ उस एंटीना द्वारा दी गई दिशा में तरंगों से प्राप्त शक्ति $P_{\text{iso}}$ के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जो कि एक आदर्श आइसोट्रोपिक एंटीना द्वारा प्राप्त किया जा सकता है अर्थात एक काल्पनिक एंटीना जो सभी दिशाओं से समान रूप से अच्छी तरह से शक्ति प्राप्त करता है। यह देखा जा सकता है कि (दी गई आवृत्त�