¿Cómo convertir la señal de potencia recibida por la antena a la señal de voltaje?

Si su antena transmisora tiene bajas pérdidas y se conduce a la frecuencia correcta, emitirá energía de manera eficiente. Una antena simple y simple como un dipolo emitirá potencia de manera uniforme en todas las direcciones en un plano y emitirá potencia cero en otras direcciones. Menciono esto para establecer la escena.

La potencia electromagnética emitida se realiza a partir de dos campos y esos dos campos son un campo eléctrico y un campo magnético medido en voltios por metro y amperios por metro, respectivamente. La potencia de estos dos campos es simplemente voltios por metro cuadrado, es decir, hablamos de potencia en vatios por metro cuadrado y la parte del metro cuadrado representa los vatios que fluyen a través del aire por metro cuadrado.

Sin embargo, a medida que se aleja de la antena de transmisión, la potencia por metro cuadrado disminuye con la distancia al cuadrado. Piense en una bombilla que emite luz en todas direcciones: sus ojos tienen un área determinada con la que capturar esa energía y, si se aleja de la luz, la potencia por metro cuadrado se reduce.

Por lo tanto, una antena de transmisión transmite una cantidad fija de energía y, mientras más lejos esté, recibirá menos energía porque se está extendiendo. No es atenuante, se está extendiendo.

Ahora piense en su antena receptora y, lo que es más importante, no lo piense como un cable, piense en él como un colector de energía con un área determinada: esto se denomina apertura de la antena y se mide en metros cuadrados. Cerca de la antena transmisora, la densidad de energía es mayor y se acumulan más vatios en un área determinada. Más lejos, hay menos vatios por metro cuadrado, por lo que su receptor (con una apertura fija) no puede recibir la misma potencia.

Si la apertura de su antena receptora "recolecta" 0.5 vatios en la posición A, recolectará un cuarto de esa potencia en la posición 2A.

No hay compensación con la resistencia a la carga: obtiene la potencia que se obtiene a través de la apertura de las antenas receptoras. Si, por supuesto, su antena receptora está muy cerca de la antena transmisora en la que se encuentra, lo que se denomina "campo cercano" y esto es mucho menos predecible: obtiene efectos de inducción y acoplamiento eléctrico y puede, bajo la situación adecuada " Cargue "la antena de transmisión y produzca relaciones mucho más difíciles de entender.

Entonces, si está hablando de radiación EM de una antena en la que se encuentra, lo que se llama, el campo lejano. Esto comienza nominalmente a aproximadamente 1 longitud de onda de la antena de transmisión, por lo que, a 2.4 GHz, esto es alrededor de 10 cm.

Entonces, lo que he dicho en gran parte arriba, es sobre la transferencia de potencia de campo lejano y no sobre cosas de campo cercano. En el campo lejano, la potencia que obtiene es inmutable por las impedancias: la antena receptora solo puede "recopilar" lo que se entrega y eso es casi el final de la historia. Sin embargo, si no proporciona la impedancia correcta a la antena que ganó. No maximice el potencial de poder. Cualquier antena tiene una impedancia y esto depende en gran medida de la frecuencia, por lo que está aún más limitado.

En resumen, en el campo lejano, obtienes la potencia que se te otorga y debes igualar las impedancias para maximizar esa potencia.

La antena tiene una impedancia de salida de diseño, generalmente de 50 ohmios, NO es una fuente de voltaje, pero parece ser una fuente de voltaje en serie con una resistencia igual a la impedancia de salida diseñada ... Todo el trabajo de RF está mejor pensado de la transferencia de potencia en lugar de la transferencia de voltaje como impedancia es tan fácil de cambiar.

Para una transferencia de potencia máxima, debe tener una carga que coincida con la impedancia de salida de la antena (Represente gráficamente la potencia en una carga para una fuente de voltaje en serie con una resistencia que controla una carga variable y encontrará que se produce la máxima transferencia de potencia) cuando la fuente y la impedancia de carga son iguales, merece la pena tomarse el tiempo para hacer esto). Para las fuentes que tienen una impedancia de fuente compleja, la transferencia de potencia máxima se produce cuando la carga es el conjugado complejo de la impedancia de la fuente.

Probablemente uno podría diseñar una antena para que coincida en 1 ohm, o 0.1 ohm, o 0.01 ohm (pero las cosas se están poniendo MUY con pérdidas debido a los efectos secundarios), pero en todos los casos la potencia entregada será igual (aparte de la pérdidas debidas a la mala eficiencia de la antena), verá mucho menos voltaje y más corriente a medida que la impedancia del sistema disminuya.

Considere una antena con una impedancia de salida de diseño de 1 ohmio (improbable por todo tipo de razones, pero vaya con ella), modele como una fuente de voltaje de 1.414 V en serie con una resistencia de 1 ohmio. En una carga emparejada (1 ohmio) obtienes 0.707V (divisor de voltaje) y 0.707A, multiplicándolos, obtienes tu 0.5W. Si carga esto en 0.1 ohmios, obtendrá ~ 0.13V @ 1.3A = 0.169W, apenas una mejora.

Ahora me parece poco probable una pérdida de ruta de espacio libre de solo 20dB, con una separación de 1 m y antenas isotrópicas, por ejemplo, tiene una pérdida de ruta de ~ 40dB a 2.4GHz, y puede agregar 20dB por cada década de longitud de ruta, así que es posible que desee ver sus números.