Chu – Harrington sınırı - Chu–Harrington limit

Gelen elektrik mühendisliği ve telekomünikasyon Chu-Harrington sınırı veya Chu sınır setleri için bir alt limit Q faktörü için küçük radyo anteni . Teorem, 1948 ile 1960 yılları arasında Lan Jen Chu , Harold Wheeler ve daha sonra Roger F. Harrington tarafından birkaç makalede geliştirilmiştir . Küçük bir anten tanımı çapı olan bir kürenin içinde uygun olabilir biridir (yarıçap biraz daha küçük -) 1 / 3 dalga boyu en geniş boyutta. Küçük bir anten için Q , kendisini çevreleyen bir kürenin hacminin tersi ile orantılıdır . Pratikte bu, cep telefonlarında kullanılanlar gibi küçük antenlere gönderilebilen ve bunlardan alınabilen veri bant genişliğinde bir sınır olduğu anlamına gelir .  

Daha spesifik olarak, Chu, kayıpsız bir anten için, doğrusal polarize bir anten için olduğu gibi , anteni ve onun akım dağılımını içeren en küçük kürenin yarıçapı ve dalga sayısı olan Q sınırını belirledi . Dairesel bir polarize anten yarı boyutta olabilir. (Harrington'ın Chu teorisinin bir uzantısı).

Antenler küçüldükçe, bant genişliği küçülür ve mevcut olabilecek kayıp dirençlerine kıyasla radyasyon direnci küçülür, böylece radyasyon verimliliği azalır. Kullanıcılar için bu, bit hızını azaltır, aralığı sınırlar ve pil ömrünü kısaltır.

İspat yöntemi

Chu, elektromanyetik alanı , gerçek bir bileşen ve yayılmayan modlarla geçici modlar açısından ifade etti . Alanlar, Legendre fonksiyonları ve küresel Bessel fonksiyonları olan bileşenlerle küresel harmonik seriler olarak ifade edildi . Empedans, bir Hankel fonksiyonunun bir türevinin diğer Hankel fonksiyonlarına oranının bir serisi olarak ifade edilebilir .

Eşdeğer bir devre, şöntlerin (basamakların) indüktör olduğu ve kondansatörlerin seri olarak (korkuluklar) çalıştığı bir merdiven hattıdır . Matematiksel serilerde kullanılan elemanların sayısı, eşdeğer devredeki kapasitör-indüktör çiftlerinin sayısı ile eşleşir.

Pratik çıkarımlar

Pratikte, elektriksel olarak küçük bir anten, doğal rezonansının altındaki bir frekansta çalıştırılan antendir. Küçük antenler, düşük radyasyon direnci ve nispeten yüksek reaktans ile karakterize edilir, böylece reaktansını iptal etmek ve bağlı olduğu devre ile eşleşmeye yardımcı olmak için antenle seri olarak bir ayar bileşeninin eklenmesi gerekir. Bu ekstra bileşenin eklenmesi , antenden geçen sinyaller için mevcut anlık bant genişliğini potansiyel olarak sınırlayan bir Q faktörü ile ayarlanmış bir devre oluşturur . Bu, belirli bir frekansta ve belirli bir gerekli bant genişliğinde kullanılan herhangi bir anten için minimum bir boyut belirleyen temel bir sınırdır.

Chu sınırı , kayıpsız olduğu varsayımına göre belirli bir boyuttaki bir anten için minimum Q'yu ve dolaylı olarak maksimum bant genişliğini verir . Bununla birlikte, Q'yu düşürmek için ek direnç varsa, herhangi bir anten, Chu sınırı tarafından önerilenden daha büyük bir bant genişliği gösterecek şekilde yapılabilir ve bu, sınırı aşan antenler için iddialara yol açmıştır, ancak şimdiye kadar hiçbiri doğrulanmamıştır.

Sınıra yakın tasarımlar

  • 1976 tarihli Goubau anteninin boyut oranı 1 ve bant genişliği% 80'dir. Q , sınırın 1,5 katıdır.
  • Foltz, 1998 boyutunda 0.62 ve% 22 bant genişliğinde anten benzeri bir pim çiziyor.
  • 2001'den itibaren Rogers konisi 0,65 boyutunda ve sınırda.
  • Boyut oranlarında Lina ve Choo düzlemsel spiralleri 0,2 ile 0,5 arasında değişir
  • Fraktal Koch eğrisi anten sınıra.
  • Bir kıvrımlı hat anteni,% 10'luk daha dar bant genişlikleri için boyutu optimize eder.
  • Underhill ve Harper, elektriksel olarak küçük bir döngü antenin Chu sınırını ihlal edebileceğini iddia ediyor

Referanslar

  1. ^ Bing, Benny (2008). Kablosuz LAN'larda Yeni Teknolojiler: Teori, Tasarım ve Dağıtım . İngiltere: Cambridge University Press. s. 567. ISBN   978-0521895842 .
  2. ^ Chu, LJ (Aralık 1948). "Çok yönlü antenlerin fiziksel sınırlamaları" (PDF) . Journal of Applied Physics . 19 (12): 1163–1175. Bibcode : 1948JAP .... 19.1163C . doi : 10.1063 / 1.1715038 . hdl : 1721.1 / 4984 .
  3. ^ Wheeler, Harold (1975). "Küçük antenler". Antenler ve Yayılma Üzerine IEEE İşlemleri . AP-24 (4): 462–469. Bibcode : 1975ITAP ... 23..462W . doi : 10.1109 / tap.1975.1141115 .
  4. ^ Harrington, RF (1960). "Anten boyutunun kazanç, bant genişliği ve verimlilik üzerindeki etkileri". Ulusal Standartlar Bürosu Dergisi . 64-D : 1–12.
  5. ^ a b Carles Puente Baliarda; Jordi Romeu & Angel Cardama (Kasım 2000). "Koch tekeli: Küçük bir fraktal anten" (PDF) . Antenler ve Yayılma Üzerine IEEE İşlemleri . 48 (11) : 1773. Bibcode : 2000ITAP ... 48.1773B . doi : 10.1109 / 8.900236 . hdl : 2117/1933 . 2016-03-04 tarihinde orjinalinden (PDF) arşivlendi . Erişim tarihi: 2014-03-30 .
  6. ^ Jahoda, Joseph R. (Ağustos 2006). Ses altı uçaklar ve helikopterler için "JTRS / SINCGARS ultrabroadband havadan kanatlı anten" . RFDesign . s. 20–22 . Alındı Agustos 28 2011 .
  7. ^ Hansen, RC (Şubat 1981). "Antenlerdeki temel sınırlamalar" (PDF) . IEEE'nin tutanakları . 69 (2): 170–182. doi : 10.1109 / proc.1981.11950 . S2CID   12186994 .
  8. ^ Hansen, RC (2006). Elektriksel Olarak Küçük, Süper Yönlendirmeli ve Süperiletken Antenler . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
  9. ^ McLean, James S. " Elektriksel olarak küçük antenlerin radyasyonu Q üzerindeki temel sınırların yeniden incelenmesi " (PDF) .
  10. ^ "Chu Sınırı" . Arşivlenmiş orijinal 2011-07-16 tarihinde . Erişim tarihi: 2011-08-28 .
  11. ^ Caimi, Frank (Ağustos 2002). "Menderes Hattı Antenleri" (PDF) . 4 Mart 2016 tarihinde orjinalinden (PDF) arşivlendi . Erişim tarihi: 1 Ağustos 2013 .
  12. ^ Underhill, MJ; Harper, M. (2003). "Chu-Wheeler Q kriteriyle çelişen küçük anten giriş empedansları ". Elektronik Harfler . 39 (11): 828–830. Bibcode : 2003ElL .... 39..828U . doi : 10.1049 / el: 20030540 .

daha fazla okuma