Ist die Friis-Formel veraltet?

Es sieht für mich so aus, als wäre die Friis-Formel veraltet. Wir können es durch die Nahfeldformeln E und H ersetzen, die im Fernfeld zu demselben Wert konvergieren.

Ich fand es schwierig, die Friis-Formel zu verwenden, wenn ich von Nahfeld zu Fernfeld umschalte, gibt es plötzlich eine Fehlerverzögerung von 20-30 dB zwischen dem Nahfeldwert und dem Fernfeldwert. Ich glaube nicht, dass es irgendeine Grenze gibt, die genau das tut, ich denke, die Werte glätten sich und konvergieren langsam.

Im Grunde genommen λ / (2 * π )ist die Fraunhofer-Grenze also eine sehr steife Methode, um den Rand des Fernfelds herauszufinden, und sie ist anfällig für viele Fehler. Ich denke, es ist veraltet.

Anstatt die von Dr. Hans Gregory Schantz eingeführten Nahfeldformeln zu verwenden, scheint dies eine glattere Sichtweise zu sein:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es funktioniert sicherlich im Nahfeld, es wurde durch Experimente bestätigt. Und es gibt keinen Grund, warum es sich nicht ins Fernfeld erstrecken sollte. Und im Grunde genommen wird das Fernfeld nicht zu einer starren Grenze wie der Fraunhofer-Grenze, sondern zu einem glatten Konvergenzpunkt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In diesem Test habe ich eine 2x 1 m lange Antenne in 50 m Abstand zueinander simuliert, aber das ist bei jedem anderen Parameter so.

Wie Sie sehen können, wenn wir mit der Fraunhofer-Grenze unter Verwendung der Friis-Formel gehen, beginnt das Fernfeld bei 1,2 MHz, aber die Nahfeldformeln sind noch nicht konvergiert, noch gibt es einen konkreten Konvergenzpunkt. Es sieht so aus, als ob die Farfield-Grenze in diesem Fall eher bei 104,6 MHz beginnt.

Es sieht also so aus, als wäre die Fraunhofer-Grenze ein veraltetes Konzept, ich denke, es ist dynamischer als das, und es gibt keine Grenze. Ich denke, die Impedanzunterschiede gleichen sich mit zunehmender Frequenz einfach aus, bis sie langsam die Freiraumimpedanz erreichen.

Bearbeiten 1: Entschuldigung, das " d" in den Formeln stellt die Entfernung zwischen Sender und Empfänger dar, nicht die Grenzkugel.

Bearbeiten 2: Und die Fraunhofer-Grenze beginnt nicht genau bei 1,2 MHz, aber irgendwo zwischen 806 kHz und 1,2 MHz habe ich die genaue Frequenz nicht berechnet. Es spielt jedoch keine Rolle, wie auch immer, es gibt immer noch einen großen Unterschied zwischen den Pfaddämpfungen der beiden Felder. Ich denke also, das Fernfeld beginnt, wenn die Impedanz die des freien Raums erreicht, was eher bei etwa 104,6 MHz liegt.

Maxwell hat die Feldmuster in seiner ursprünglichen These über Elektrizität und Magnetismus ausgearbeitet und sie mit sphärischen Effekten 2., 3. und 4. Ordnung für Nahfeldemitter basierend auf statischer Ladung dargestellt, die für wechselnde Ladungen verwendet werden können. Also die Annahme Friis-Formel, die funktioniert nur für Fernfeld geht von einer Wirkung 2. Ordnung nur als Ellipsenstrahler mit Verstärkung oder als kugelförmiger isotroper Strahler aus und nicht von einer ebenen Welle 1. Ordnung oder einer toroidalen Nahfeldwirkung 3., 4. Ordnung. Sie sind mit großer Auflösung im Anhang handgezeichnet und das Buch kann auf der Archivseite gefunden werden
Sie müssen Vermeiden Sie Ricean Fading-Fehler im offenen Feld oder zwischen Dächern vermeiden, um Nahfeldfehler zu vermeiden. Ich habe dies bei meinem ersten Designtest für Raketenantennen im Jahr '77 gemacht. Magnetfeldmessungen im Nahfeld sind komplex, achten Sie also auf Reflexionen.
@TonyStewart.EEsince'75 Ich glaube nicht, dass diese Formel wie Präzision in Ingenieurqualität ist, sie zählt offensichtlich nicht zu den Reflexionen oder dem Einfallswinkel, der Polarisation oder der Tatsache, dass sich die stehende Welle im Nahfeld binden kann andere metallische Gegenstände. Ich denke, das würde eine Menge komplexer Berechnungen erfordern. Dies ist nur eine allgemeine Formel für den täglichen Gebrauch.
Ich frage mich, welche Formeln sie für das WPT-Laden von E-Fahrzeugen mit 11 kW 200 kHz bei 22 cm Abstand mit bis zu 80 cm Durchmesser verwenden. Schleife Ich frage mich, was die Kopplungsimpedanz vielleicht niedriger als 377 Ohm ist, aber viel höher als der ESR von Batterieladegerätlasten. Daher ist die Impedanzanpassung der Schlüssel zur Antennenkopplung durch Resonanz, die ich erwarte, und / oder das Übersetzungsverhältnis, um die Spannung mit dem RX-Spartransformator herunterzustufen, um herunterzustufen, oder abhängig von der Wahl der Antennenimpedanzen Serie oder Parallel.
Die Dämpfungstabelle impliziert, dass E/H = 1 schnell abfällt, was bedeutet, dass die Kopplungsimpedanz Z(f) stark ansteigt, wenn f bei festem Abstand d abnimmt oder d bei festem f reduziert wird, was Nahfeld bedeutet. Dies ist signifikant. möglicherweise in Zusammenhang mit dem ωL/R-Verhältnis oder Effekten hoher Ordnung (4., 6.) der Lücke auf das E-Feld.

Antworten (3)

Ist die Friis-Formel veraltet?

Nun, Sie können wahrscheinlich sagen, dass die Friis-Formel nicht so gut funktioniert, wenn sich die EM-Welle nicht vollständig gebildet hat und die Impedanz (als E / H) nicht 377 Ohm beträgt, aber es wird nicht erwartet, dass sie in naher Zukunft so gut funktioniert Feld oder an der Grenze.

Ist die Friis-Formel also veraltet? Nein, denn im Fernfeld funktioniert es wie erwartet und wird weiter verwendet.

Haben Sie gezeigt, dass eine andere Formel im Fernfeld einfacher ist? Ich kann nicht sehen, dass Sie haben. Haben Sie gezeigt, dass eine andere Formel im Fernfeld genauer ist? Nein, ich kann nicht sagen, dass das, was Sie gesagt haben, überzeugend ist.

Ich wäre sehr daran interessiert zu sehen, wie die beiden Formelergebnisse mathematisch (oder numerisch) konvergieren, aber ich bin mir nicht sicher, ob Ihre Tabelle dies demonstriert. Vielleicht soll das nicht demonstriert werden?

Was mich an der Zahlentabelle auch verwundert, ist, dass Sie nicht nachgewiesen haben, dass Sie die feste Antennenlänge von 1 Meter einkalkuliert haben. Natürlich ist bei etwa 75 MHz ein Viertelwellen-Monopol auf 1 Meter Länge abgestimmt, aber wie gesagt, Ihre Tabelle zeigt nicht, wie Sie dies bei niedrigeren Frequenzen berücksichtigt haben, bei denen seine Impedanz sehr kapazitiv wird.

Verstehen Sie mich nicht falsch, ich versuche nicht, pingelig zu sein; Ich versuche nur zu verstehen, was Ihre Tabelle in der realen Welt vollständig widerspiegelt (nicht, dass die Friis-Gleichung insgesamt realweltlich ist).

Nun, es ist vielleicht nicht einfacher, aber es ist definitiv genauer. Die Friis-Formel hängt vollständig von der Erkennung der Fraunhofer-Grenze ab, was eine sehr starre Betrachtungsweise ist, die λ / (2 * π )Definition ist die Faustregel, aber sie könnte immer noch falsch sein. Thomas Kaiser sagt, dass die Impedanz bei 377 wird 5λ / (2 * π ), aber wer weiß, vielleicht ist das auch nicht so richtig. Ich denke, ein flexiblerer, reibungsloser Ansatz ist erforderlich. Also ich denke, diese Formeln sind gut dafür. Es sollte mehr analysiert werden, aber bisher habe ich keine anderen Papiere darüber gesehen, von anderen Leuten als von Schantz.
"Another thing that puzzles me ... " Nun, ich habe das von Wheeler und Chu eingeführte "Boundary Sphere" -Konzept verwendet. Es ist im Grunde die Kugel mit dem kleinsten Durchmesser, die eine Antenne vollständig umgibt. Wir haben also 2 Grenzkugeln mit 1 Meter Durchmesser, 50 Meter voneinander entfernt. Natürlich ist dies ein grobes Modell, aber es funktioniert irgendwie.
Ich bin nicht anderer Meinung - ich sage nur, dass Sie mich nicht überzeugt haben. Zum Beispiel scheint es, dass Ihre letzte Spalte (die meiner Meinung nach die Friis-Berechnung ist) jenseits von 100 MHz ziemlich genau der entspricht, was die Formel von Schantz sagt. Außerdem haben Antennen mit höherem Gewinn ein stark erweitertes Nahfeld, sodass eine Einheitsgröße für die Grenze nicht so nützlich ist.
"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"Nun ja, der Abstand ist fest, nur die Frequenz ändert sich in dieser Simulation. Dies soll nur zeigen, wie die beiden Pfadverluste zusammenlaufen.
"Also, higher gain antennas have a much extended near-field so a one-size fits all for the boundary isn't that useful."Ich habe die grundlegende maximale Verstärkungsgrenze sowohl für die TX- als auch für die RX-Antenne verwendet. Sie können keine höhere Verstärkung als in diese Simulation von mir eingefügt haben, es sei denn, das Energieerhaltungsgesetz wird gebrochen. Ich glaube, Sie haben missverstanden, was die "Grenzsphäre" bedeutet, es ist nicht die Nahfeldgrenze, es ist die physikalische Grenze der Antenne.
@DavidK. Ich habe diesen Kommentar gemacht, als du deinen zweiten Kommentar geschrieben hast, und du bist mir zuvorgekommen! Ich sprach von der Berechnung der Nahfeldgrenze.

Soweit ich mich von Corsine und Lorraine erinnere (meine Kopie ist ausgeliehen), sind die Koeffizienten auf (kd) ^ 2, (kd) ^ 4 und (kd) ^ 6 NICHT EINS.

@analogsystemsrf, ich habe das Buch, dieses Buch bietet eine komplexere Gleichung mit mehr Parametern wie dem Einfallswinkel, im Falle einer Magnetantenne, der Anzahl der Schleifen, dem zeitlich gemittelten Poynting-Vektor und so weiter. Ich denke, dies ist ein einfacherer Ansatz für den allgemeinen Gebrauch.

Die Idee, feste Randkugelgewinne auf die Friis-Gleichung anzuwenden, funktioniert nicht ohne andere signifikante Anpassungen an der Friis-Formel. Durch Festlegen der Länge der Antennen variieren die Richtwirkung und Effizienz beider Antennen mit der Frequenz und dieser Effekt wird nicht in der Spalte ganz rechts angezeigt.

Wenn Sie versuchen, ein einzelnes Formelmodell zu demonstrieren, das reibungslos von einer Nah- zu einer Fernfeldanwendung übergeht, sollte die unabhängige Variable für die linke Spalte die Entfernung und nicht die Frequenz sein. Dadurch können Sie dann auch Antennengewinne fixieren, ohne die Friis-Formel zu stören.

Ist die Friis-Formel veraltet?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v