Kierunkowość jest podstawowym parametrem anteny. Jest to miara tego, jak wygląda wzór promieniowania anteny kierunkowej. Antena, która promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach, będzie miała kierunkowość równą 1. (To odpowiada zeru decybeli -0 dB).
Funkcję współrzędnych sferycznych można zapisać jako znormalizowany wzór promieniowania:
[Równanie 1]
Znormalizowany wzór promieniowania ma taki sam kształt jak oryginalny wzór promieniowania. Znormalizowany wzór promieniowania jest zmniejszany o wielkość tak, że maksymalna wartość wzoru promieniowania jest równa 1. (Największa jest równanie [1] „F”). Matematycznie wzór na kierunkowość (typ „D”) jest zapisany jako:
Może się to wydawać skomplikowanym równaniem kierunkowym. Jednak wzory promieniowania cząsteczek mają największą wartość. Mianownik przedstawia średnią moc promieniowaną we wszystkich kierunkach. Równanie jest zatem miarą szczytowej mocy promieniowanej podzielonej przez średnią. Daje to kierunkowość anteny.
Paradigmat kierunkowy
Jako przykład rozważmy dwa kolejne równania opisujące charakterystykę promieniowania dwóch anten.
Antena 1
Antena 2
Te wzory promieniowania przedstawiono na rysunku 1. Należy pamiętać, że tryb promieniowania jest tylko funkcją kąta biegunowego theta(θ). Wzór promieniowania nie jest funkcją azymutu. (Wzór promieniowania azymutalnego pozostaje niezmieniony). Wzór promieniowania pierwszej anteny jest mniej kierunkowy niż wzór promieniowania drugiej anteny. Dlatego spodziewamy się, że kierunkowość będzie niższa dla pierwszej anteny.
rycina 1. Schemat charakterystyki promieniowania anteny. Czy ma wysoką kierunkowość?
Używając wzoru [1] możemy obliczyć, że antena ma wyższą kierunkowość. Aby sprawdzić swoje zrozumienie, pomyśl o Rysunku 1 i o tym, czym jest kierunkowość. Następnie określ, która antena ma wyższą kierunkowość bez używania matematyki.
Wyniki obliczeń kierunkowych, użyj wzoru [1]:
Obliczenie 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 2 ma 2,707 razy większą moc kierunkową swojego szczytu niż antena dookólna. Antena 1 otrzyma 1,273 razy większą moc niż antena dookólna. Anteny dookólne są używane jako wspólny punkt odniesienia, mimo że nie istnieją anteny izotropowe.
Anteny telefonów komórkowych powinny mieć niską kierunkowość, ponieważ sygnały mogą pochodzić z dowolnego kierunku. Natomiast anteny satelitarne mają wysoką kierunkowość. Antena satelitarna odbiera sygnały z ustalonego kierunku. Na przykład, jeśli kupisz antenę telewizji satelitarnej, firma powie Ci, gdzie ją skierować, a antena odbierze pożądany sygnał.
Zakończymy listą typów anten i ich kierunkowości. To da ci pojęcie, jaka kierunkowość jest powszechna.
Typ anteny Typowa kierunkowość Typowa kierunkowość [decybele] (dB)
Antena dipolowa krótka 1,5 1,76
Antena dipolowa półfalowa 1,64 2,15
Antena mikropaskowa (patch) 3,2-6,3 5-8
Antena tubowa 10-100 10-20
Antena talerzowa 10-10 000 10-40
Jak pokazują powyższe dane, kierunkowość anteny jest bardzo zróżnicowana. Dlatego ważne jest zrozumienie kierunkowości przy wyborze najlepszej anteny do konkretnego zastosowania. Jeśli musisz wysyłać lub odbierać energię z wielu kierunków w jednym kierunku, powinieneś zaprojektować antenę o niskiej kierunkowości. Przykłady zastosowań anten o niskiej kierunkowości obejmują radia samochodowe, telefony komórkowe i bezprzewodowy dostęp do Internetu w komputerach. Z drugiej strony, jeśli zajmujesz się zdalnym wykrywaniem lub ukierunkowanym transferem mocy, wymagana będzie wysoce kierunkowa antena. Wysoce kierunkowe anteny zmaksymalizują transfer mocy z pożądanego kierunku i zmniejszą sygnały z niepożądanych kierunków.
Załóżmy, że chcemy antenę o niskiej kierunkowości. Jak to zrobić?
Ogólna zasada teorii anten jest taka, że potrzebujesz elektrycznie małej anteny, aby uzyskać niską kierunkowość. Oznacza to, że jeśli użyjesz anteny o całkowitym rozmiarze 0,25 - 0,5 długości fali, zminimalizujesz kierunkowość. Anteny dipolowe półfalowe lub anteny szczelinowe półfalowe mają zazwyczaj kierunkowość mniejszą niż 3 dB. Jest to najniższa kierunkowość, jaką można uzyskać w praktyce.
Ostatecznie nie możemy zrobić anten mniejszych niż ćwierć długości fali bez zmniejszenia wydajności anteny i szerokości pasma anteny. Wydajność anteny i szerokość pasma anteny zostaną omówione w przyszłych rozdziałach.
Do anteny o wysokiej kierunkowości będziemy potrzebować anten o wielu długościach fal. Takie anteny satelitarne i anteny tubowe mają wysoką kierunkowość. Wynika to częściowo z tego, że mają wiele długości fal.
dlaczego tak jest? Ostatecznie powód ma związek z właściwościami transformacji Fouriera. Kiedy bierzesz transformację Fouriera krótkiego impulsu, otrzymujesz szerokie widmo. Ta analogia nie jest obecna przy określaniu wzoru promieniowania anteny. Wzór promieniowania można postrzegać jako transformację Fouriera rozkładu prądu lub napięcia wzdłuż anteny. Dlatego małe anteny mają szerokie wzory promieniowania (i niską kierunkowość). Anteny o dużym jednolitym rozkładzie napięcia lub prądu Bardzo kierunkowe wzory (i wysoką kierunkowość).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Strona internetowa:www.rf-miso.com
Czas publikacji: 07-11-2023
