http___radartutorial.de_01.basics_Bo_C5_9Fluk_20Zay_C4_B1flamas_C4_B1.tr.html_1.xml
1.1 2.1 2.2 2.3 3.1 4.1 5.1 6.1 6.2 6.3 6.4 7.1 7.2 7.3 8.1 8.2 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 15.2
Free-Space Path Loss (FSPL) In telecommunication, free-space path loss (FSPL) is the loss in signal strength of an electromagnetic wave that would result from a line-of-sight path through free space, with no obstacles nearby to cause reflection or diffraction. The FSPL appears in vacuum under ideally conditions, e.g. a radio communication between satellites. It is a criterion for the derivation of the radar equation too. Figure 1: Nondirectional power density diminishes as geometric spreading Figure 1: Nondirectional power density diminishes as geometric spreading Calculation of free-space path loss If high-frequency energy is emitted by an isotropic radiator, than the energy propagate uniformly in all directions. Areas with the same power density therefore form spheres ( A = 4πR² ) around the radiator. The same amount of energy spreads out on an incremented spherical surface at an incremented spherical radius. That means: the power density on the surface of a sphere is inversely proportional to the surface area A (or the square of the radius R) of the sphere. The expression for FSPL actually encapsulates two effects. Free-space power loss is proportional to the square of the distance between the transmitter and receiver, and also proportional to the square of the frequency of the radio signal. Firstly, the spreading out of electromagnetic energy in free space is determined by the inverse square law, i.e. The second effect is that of the receiving antenna's aperture, which describes how well an antenna can pick up power from an incoming electromagnetic wave. For an isotropic antenna, this is given by The total loss is given by the ratio: which can be found by combining the previous two expressions. Figure 2: Nomogram to estimate the free space loss A maritime Radar for navigation uses the X-Band (this is about 9.5 GHz). As you can see: the decimal powers we can ignore: It will be shortened. In 11 km the Free Space Path Loss is about 133 Decibels). (Remember: this is the One-Way-Loss only! The radar must calculate twice the distance.)
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1
Boşluk Zayıflaması Boşluk zayıflaması elektromanyetik dalgaların boşlukta yayılmaları sırasında güç yoğunluğunun azalması ile ortaya çıkan zayıflamadır. Bu kayıp miktarı elektromanyetik dalgaların zayıflatıcı etkilere sahip ortamlardan (örneğin, hava gibi) geçişi sırasındaki kayıpları veya yansımalar sonucu ortaya çıkan ilave kayıpları içermez. İdeal olarak bir boşluk zayıflaması uzayda meydana gelir. Örnek olarak, uzaydaki uyduların birbirleri arasındaki direk radyo iletişimi gösterilebilir. Ancak, radar denklemi ile gerekli gönderim gücü ve alıcı duyarlılığı hesaplanırken bazı önemli ölçütlere de dikkat etmek gerekir. Resim 1: Bir küre yüzeyine yayılmış güç yoğunluğu Resim 1: Bir küre yüzeyine yayılmış güç yoğunluğu Boşluk zayıflamasının meydana gelişi Bir yön bağımsız küresel ışıma kaynağından (isotropic radiator) yüksek frekanslı enerji her yöne eşit olarak dağılır. Böylece küre ışıyıcının etrafında eş güç yoğunluğuna sahip yüzeyler meydana gelir. Küre yarıçapı arttıkça enerji daha büyük bir yüzeye yayılır. Diğer bir ifade ile: sanal ve aynı büyüklükteki bir yüzey, aradaki uzaklık (yarıçap) arttıkça daha küçük bir güç yoğunluğuna sahip olacaktır. Bir uzak menzildeki küresel yüzey parçasının boyutları menzile göre çok küçük kaldığından bu yüzey parçasının kıvrımı göz ardı edilir ve düz bir dalga cephe (wave front) yüzeyi gibi kabul edilir. Bir alıcı anten bu dalga cephesinden enerji alır. Güç yoğunluğu bilinen bu enerji, bir belirli yüzeye (Aetken Etken Anten Yüzeyine) atanabilir. Alıcı antenin etken yüzeyi, antenin G kazancına doğru orantılıdır ve ayrıca işaretin dalga boyuna da bağımlıdır. Teorik olarak kayıpları bulunmayan, yapısal biçiminden bağımsız olarak her bir anten için aşağıdaki ilişki geçerlidir: Bu Aetken yüzeyi, alıcı antenin gönderici antene olan uzaklığından bağımsızdır. Artan uzaklık ile güç yoğunluğu azaldığından, alıcı anten gönderici antenden çok uzakta ise alacağı enerji miktarı azalacaktır. Alım enerjisindeki bu azalma bir zayıflamadır, büyüklüğü uzaklığın bir işlevidir ve boşluk zayıflaması olarak adlandırılır. Bu, ışıma sapması (radiation divergence) nedeniyle boşluktaki elektromanyetik dalgaların gücünün artan uzaklıkla göndericiden alıcıya ne kadar bir kuvvetle azalarak vardığını gösterir. Hesaplama Eğer gönderim anteninin anten kazancı dikkate alınmazsa, yani 1 olarak kabul edilirse, gönderim enerjisi yüzeyi Aküre = 4πr2 olan küre dış yüzeyine dağılır. Bu enerjiden yalnızca alıcı antenin etken yüzeyine isabet eden kısmı alınabilir. Yukarıdaki (1) nolu eşitliğe göre alıcı antenin bu etken yüzeyi Aetken = λ2·G / 4π dir. (Şimdilik anten kazancını 1 olarak alıyoruz.) Boşluk zayıflamasının genel hesabı için her iki yüzey aşağıdaki orantıya yerleştirilebilir: Dalga boyu ve anten kazancı elektromanyetik dalgaların yayılması sırasında değişmediği için menzil r hariç, diğer tüm değerler bir sabit katsayı altında toplanabilir. Boşluk zayıflaması artık menzilin karesine orantılı olacaktır! Boşluk zayıflamasının burada frekansa bağımlı olduğu görülmektedir. Bu bir kaçınılmaz sonuçtur, çünkü bir eşyönlü alıcı anten geometrik bir nokta gibi olamaz, daha ziyade en küçük boyutu dalga boyu büyüklüğündeki bir yüzey olabilir. Sonuçta, yüzeylerin oranı kullanılan dalga boyuna, yani frekansa bağlı olacaktır. Yüksek frekanslarda, boşluk zayıflaması yanında, yeryüzü atmosferi içinde moleküler soğurma (su buharı, oksijen ve diğer gazların çınlama (resonance) frekansına bağlı olan), hava basıncı ve neme bağlı ilave zayıflamalar da meydana gelir. Bunlar katılarak hesaplanan gerçek zayıflama, boşluk zayıflamasından çok daha büyük bir değer alır. Bu ilave zayıflamaların boşluk zayıflamasıyla bir ilgisi yoktur, daha ziyade gerektiğinde Radar Denkleminde ilave kayıplar olarak yer alırlar. Resim 2: Boşluk zayıflamasının kabaca kestirimi için bir abak [Free Space Path Loss, FSPL] Resim 2: Boşluk zayıflamasının kabaca kestirimi için bir abak [Free Space Path Loss, FSPL] X-Bandındaki bir yöngüdüm radarı 9,5 GHz lik bir gönderim frekansı kullanmaktadır. Radarın görüntülemesi gerekli kıyı şeridi yaklaşık 11 km uzaklıktadır. 10 un kuvvetleri karşılıklı kısaltılabilir. Burada 11. km deki boşluk zayıflaması yaklaşık 133 dB dir. (Hatırlatma: Bu yalnızca gidiş içindir. Radarda hem gidiş hem de gelişin dikkate alınır.) Radarın 136 dB gibi böyle bir boşluk zayıflaması ile baş edebilmesi için uygun teknik önlemler alınmalıdır.