Parameter yang berguna untuk menghitung daya terima antena adalah...area efektifataubukaan efektifAsumsikan bahwa gelombang bidang dengan polarisasi yang sama dengan antena penerima mengenai antena. Selanjutnya, asumsikan bahwa gelombang tersebut merambat menuju antena searah dengan arah radiasi maksimum antena (arah di mana daya paling besar akan diterima).

Kemudianbukaan efektifParameter ini menjelaskan seberapa besar daya yang ditangkap dari gelombang bidang tertentu. MisalkanpMisalkan adalah kerapatan daya gelombang bidang (dalam W/m²). JikaP_tJika mewakili daya (dalam Watt) pada terminal antena yang tersedia untuk penerima antena, maka:

Oleh karena itu, luas efektif hanya mewakili seberapa banyak daya yang ditangkap dari gelombang bidang dan disalurkan oleh antena. Luas ini memperhitungkan kerugian intrinsik pada antena (kerugian ohmik, kerugian dielektrik, dll.).

Hubungan umum untuk bukaan efektif dalam kaitannya dengan penguatan antena puncak (G) dari antena mana pun diberikan oleh:

Apertur efektif atau luas efektif dapat diukur pada antena sebenarnya dengan membandingkannya dengan antena yang diketahui dengan apertur efektif tertentu, atau dengan perhitungan menggunakan gain yang terukur dan persamaan di atas.

Apertur efektif akan menjadi konsep yang berguna untuk menghitung daya yang diterima dari gelombang bidang. Untuk melihat penerapannya, lihat bagian selanjutnya tentang rumus transmisi Friis.

Persamaan Transmisi Friis

Pada halaman ini, kami memperkenalkan salah satu persamaan paling mendasar dalam teori antena, yaituPersamaan Transmisi FriisPersamaan Transmisi Friis digunakan untuk menghitung daya yang diterima dari satu antena (dengan penguatan).G1), ketika dipancarkan dari antena lain (dengan penguatanG2), dipisahkan oleh jarakR, dan beroperasi pada frekuensifatau panjang gelombang lambda. Halaman ini layak dibaca beberapa kali dan harus dipahami sepenuhnya.

Penurunan Rumus Transmisi Friis

Untuk memulai penurunan Persamaan Friis, pertimbangkan dua antena di ruang bebas (tanpa penghalang di dekatnya) yang dipisahkan oleh jarak tertentu.R:

Misalkan total daya sebesar ( ) Watt disalurkan ke antena pemancar. Untuk sementara, anggaplah antena pemancar bersifat omnidirectional, tanpa rugi daya, dan antena penerima berada di medan jauh dari antena pemancar. Maka kerapatan dayanya adalahp(dalam Watt per meter persegi) dari gelombang bidang yang mengenai antena penerima pada jarak tertentuRSinyal yang diterima dari antena pemancar diberikan oleh:

Gambar 1. Antena Pemancar (Tx) dan Penerima (Rx) dipisahkan olehR.

Jika antena pemancar memiliki penguatan antena ke arah antena penerima yang diberikan oleh ( ), maka persamaan kerapatan daya di atas menjadi:

Istilah penguatan memperhitungkan arah dan kerugian dari antena sebenarnya. Sekarang anggaplah antena penerima memiliki bukaan efektif yang diberikan oleh( )Kemudian daya yang diterima oleh antena ini ( ) diberikan oleh:

Karena bukaan efektif untuk antena apa pun juga dapat dinyatakan sebagai:

Daya yang diterima dapat ditulis sebagai:

Persamaan 1

Ini dikenal sebagai Rumus Transmisi Friis. Rumus ini menghubungkan rugi lintasan ruang bebas, penguatan antena, dan panjang gelombang dengan daya yang diterima dan dipancarkan. Ini adalah salah satu persamaan fundamental dalam teori antena, dan harus diingat (begitu pula dengan penurunan rumusnya di atas).

Bentuk lain yang berguna dari Persamaan Transmisi Friis diberikan dalam Persamaan [2]. Karena panjang gelombang dan frekuensi f berhubungan dengan kecepatan cahaya c (lihat pengantar halaman frekuensi), kita memiliki Rumus Transmisi Friis dalam hal frekuensi:

Persamaan 2

Persamaan [2] menunjukkan bahwa lebih banyak daya hilang pada frekuensi yang lebih tinggi. Ini adalah hasil fundamental dari Persamaan Transmisi Friis. Ini berarti bahwa untuk antena dengan penguatan tertentu, transfer energi akan paling tinggi pada frekuensi yang lebih rendah. Perbedaan antara daya yang diterima dan daya yang ditransmisikan dikenal sebagai kehilangan jalur. Dengan kata lain, Persamaan Transmisi Friis mengatakan bahwa kehilangan jalur lebih tinggi untuk frekuensi yang lebih tinggi. Pentingnya hasil ini dari Rumus Transmisi Friis tidak dapat dilebih-lebihkan. Inilah sebabnya mengapa telepon seluler umumnya beroperasi pada frekuensi kurang dari 2 GHz. Mungkin ada lebih banyak spektrum frekuensi yang tersedia pada frekuensi yang lebih tinggi, tetapi kehilangan jalur yang terkait tidak akan memungkinkan penerimaan yang berkualitas. Sebagai konsekuensi lebih lanjut dari Persamaan Transmisi Friis, misalkan Anda ditanya tentang antena 60 GHz. Mengingat frekuensi ini sangat tinggi, Anda mungkin menyatakan bahwa kehilangan jalur akan terlalu tinggi untuk komunikasi jarak jauh - dan Anda benar sekali. Pada frekuensi yang sangat tinggi (60 GHz kadang-kadang disebut sebagai wilayah mm (gelombang milimeter)), kehilangan jalur sangat tinggi, sehingga hanya komunikasi titik-ke-titik yang dimungkinkan. Hal ini terjadi ketika penerima dan pemancar berada di ruangan yang sama, dan saling berhadapan. Sebagai konsekuensi lebih lanjut dari Rumus Transmisi Friis, apakah menurut Anda operator telepon seluler senang dengan pita LTE (4G) baru yang beroperasi pada 700MHz? Jawabannya adalah ya: ini adalah frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi yang biasa digunakan antena, tetapi dari Persamaan [2], kita perhatikan bahwa kerugian jalur juga akan lebih rendah. Oleh karena itu, mereka dapat "mencakup lebih banyak area" dengan spektrum frekuensi ini, dan seorang eksekutif Verizon Wireless baru-baru ini menyebutnya "spektrum berkualitas tinggi", justru karena alasan ini. Catatan Tambahan: Di sisi lain, produsen telepon seluler harus memasang antena dengan panjang gelombang yang lebih besar pada perangkat yang ringkas (frekuensi lebih rendah = panjang gelombang lebih besar), sehingga pekerjaan perancang antena menjadi sedikit lebih rumit!

Terakhir, jika antena tidak cocok polarisasinya, daya yang diterima di atas dapat dikalikan dengan Faktor Kerugian Polarisasi (PLF) untuk memperhitungkan ketidakcocokan ini dengan benar. Persamaan [2] di atas dapat diubah untuk menghasilkan Rumus Transmisi Friis yang digeneralisasi, yang mencakup ketidakcocokan polarisasi: