Kierunkowość to podstawowy parametr anteny. Jest to miara charakterystyki promieniowania anteny kierunkowej. Antena, która promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach, będzie miała kierunkowość równą 1. (Odpowiada to zero decybeli - 0 dB).
Funkcję współrzędnych sferycznych można zapisać jako znormalizowany wzór promieniowania:
[Równanie 1]
Znormalizowana charakterystyka promieniowania ma taki sam kształt jak oryginalna charakterystyka promieniowania. Znormalizowana charakterystyka promieniowania jest zmniejszana o wartość amplitudy tak, aby maksymalna wartość charakterystyki promieniowania była równa 1. (Największa wartość to równanie [1] równania „F”). Matematycznie, wzór na kierunkowość (typ „D”) jest zapisany w następujący sposób:
Może się to wydawać skomplikowanym równaniem kierunkowym. Jednak charakterystyki promieniowania cząsteczek mają największe znaczenie. Mianownik reprezentuje średnią moc promieniowania we wszystkich kierunkach. Równanie jest zatem miarą szczytowej mocy promieniowania podzielonej przez średnią. To daje kierunkowość anteny.
Paradygmat kierunkowy
Jako przykład rozważmy dwa poniższe równania opisujące charakterystykę promieniowania dwóch anten.
Antena 1
Antena 2
Te charakterystyki promieniowania przedstawiono na rysunku 1. Należy pamiętać, że tryb promieniowania jest funkcją jedynie kąta biegunowego theta(θ). Charakterystyka promieniowania nie jest funkcją azymutu. (Azymutalna charakterystyka promieniowania pozostaje niezmieniona). Charakterystyka promieniowania pierwszej anteny jest mniej kierunkowa niż charakterystyka promieniowania drugiej anteny. Dlatego oczekujemy, że kierunkowość pierwszej anteny będzie niższa.
Rysunek 1. Diagram charakterystyki promieniowania anteny. Czy ma wysoką kierunkowość?
Korzystając ze wzoru [1], możemy obliczyć, że antena ma wyższą kierunkowość. Aby sprawdzić, czy rozumiesz, pomyśl o rysunku 1 i o tym, czym jest kierunkowość. Następnie określ, która antena ma wyższą kierunkowość bez użycia matematyki.
Wyniki obliczeń kierunkowych, użyj wzoru [1]:
Obliczenia anteny kierunkowej 1, 1,273 (1,05 dB).
Obliczenia anteny kierunkowej 2, 2,707 (4,32 dB).
Zwiększona kierunkowość oznacza bardziej skupioną lub kierunkową antenę. Oznacza to, że antena odbiorcza z dwoma antenami ma 2,707 razy większą moc kierunkową niż antena dookólna. Antena 1 będzie miała 1,273 razy większą moc niż antena dookólna. Anteny dookólne są powszechnie używane jako punkt odniesienia, mimo że nie istnieją anteny izotropowe.
Anteny telefonii komórkowej powinny mieć niską kierunkowość, ponieważ sygnały mogą docierać z dowolnego kierunku. Natomiast anteny satelitarne mają wysoką kierunkowość. Antena satelitarna odbiera sygnały z ustalonego kierunku. Na przykład, jeśli kupisz antenę telewizji satelitarnej, producent wskaże Ci, gdzie ją skierować, a antena odbierze pożądany sygnał.
Na koniec przedstawimy listę typów anten i ich kierunkowości. To pozwoli Ci zorientować się, czym jest kierunkowość.
Typ anteny Typowa kierunkowość Typowa kierunkowość [decybele] (dB)
Antena dipolowa krótka 1,5 1,76
Antena dipolowa półfalowa 1,64 2,15
Patch (antena mikropaskowa) 3,2-6,3 5-8
Antena tubowa 10-100 10-20
Antena talerzowa 10-10 000 10-40
Jak pokazują powyższe dane, kierunkowość anten jest bardzo zróżnicowana. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć jej znaczenie przy wyborze najlepszej anteny do konkretnego zastosowania. Jeśli potrzebujesz wysyłać lub odbierać energię z wielu kierunków w jednym kierunku, powinieneś zaprojektować antenę o niskiej kierunkowości. Przykładami zastosowań anten o niskiej kierunkowości są radia samochodowe, telefony komórkowe i komputery z bezprzewodowym dostępem do Internetu. Z kolei, jeśli zajmujesz się teledetekcją lub ukierunkowanym przesyłem mocy, wymagana będzie antena o wysokiej kierunkowości. Anteny o wysokiej kierunkowości maksymalizują przesył mocy z pożądanego kierunku i redukują sygnały z niepożądanych kierunków.
Załóżmy, że chcemy antenę o niskiej kierunkowości. Jak to zrobić?
Ogólna zasada teorii anten głosi, że do uzyskania niskiej kierunkowości potrzebna jest antena o małej mocy elektrycznej. Oznacza to, że użycie anteny o długości fali 0,25–0,5 minimalizuje kierunkowość. Anteny dipolowe półfalowe lub anteny szczelinowe półfalowe zazwyczaj mają kierunkowość mniejszą niż 3 dB. Jest to najniższa możliwa do uzyskania w praktyce kierunkowość.
Ostatecznie nie możemy stworzyć anten o długości fali mniejszej niż ćwierć długości fali bez obniżenia wydajności anteny i jej szerokości pasma. Wydajność anteny i szerokość pasma zostaną omówione w kolejnych rozdziałach.
Aby uzyskać antenę o wysokiej kierunkowości, potrzebujemy anten o wielu długościach fal. Takie anteny satelitarne, jak anteny tubowe, charakteryzują się wysoką kierunkowością. Wynika to po części z faktu, że mają one wiele długości fal.
Dlaczego tak się dzieje? Ostatecznie przyczyna leży w właściwościach transformaty Fouriera. Kiedy wykonuje się transformatę Fouriera krótkiego impulsu, otrzymuje się szerokie widmo. Ta analogia nie występuje przy określaniu charakterystyki promieniowania anteny. Charakterystykę promieniowania można traktować jako transformatę Fouriera rozkładu prądu lub napięcia wzdłuż anteny. Dlatego małe anteny mają szerokie charakterystyki promieniowania (i niską kierunkowość). Anteny o dużym, jednorodnym rozkładzie napięcia lub prądu. Bardzo kierunkowe charakterystyki (i wysoką kierunkowość).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Strona internetowa: www.rf-miso.com
Czas publikacji: 07-11-2023
