Kierunkowość jest podstawowym parametrem anteny.Jest to miara charakterystyki promieniowania anteny kierunkowej.Antena promieniująca równomiernie we wszystkich kierunkach będzie miała kierunkowość równą 1. (Odpowiada to zerowi 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 charakterystyki promieniowania jest równa 1. (Największe jest równanie [1] z „F”).Matematycznie wzór na kierunkowość (typ „D”) zapisuje się jako:
Może się to wydawać skomplikowanym równaniem kierunkowym.Największą wartość mają jednak wzorce promieniowania cząsteczek.Mianownik reprezentuje średnią moc wypromieniowaną we wszystkich kierunkach.Równanie jest wówczas miarą szczytowej mocy wypromieniowanej podzielonej przez średnią.Zapewnia to kierunkowość anteny.
Paradygmat kierunkowy
Jako przykład rozważmy dwa kolejne równania charakterystyki promieniowania dwóch anten.
Antena 1
Antena 2
Te charakterystyki promieniowania przedstawiono na rysunku 1. Należy pamiętać, że tryb promieniowania jest jedynie funkcją kąta biegunowego theta(θ). Charakterystyka promieniowania nie jest funkcją azymutu.(Wzorzec promieniowania azymutalnego pozostaje niezmieniony).Charakter promieniowania pierwszej anteny jest mniej kierunkowy niż charakterystyka promieniowania drugiej anteny.Dlatego spodziewamy się, że kierunkowość będzie niższa w przypadku pierwszej anteny.
rysunek 1. Schemat charakterystyki promieniowania anteny.Ma wysoką kierunkowość?
Korzystając ze wzoru [1] możemy obliczyć, że antena ma wyższą kierunkowość.Aby sprawdzić, czy rozumiesz, pomyśl o rysunku 1 i dowiedz się, czym jest kierunkowość.Następnie określ, która antena ma wyższą kierunkowość, bez użycia matematyki.
Wyniki obliczeń kierunkowych, skorzystaj ze 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 2 odbiornikami ma 2,707 razy większą moc kierunkową w stosunku do swojej mocy szczytowej niż antena dookólna.Antena 1 uzyska 1,273 razy większą moc niż antena dookólna.Anteny dookólne są używane jako powszechny 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 ze stałego kierunku.Na przykład, jeśli kupisz antenę telewizji satelitarnej, firma powie Ci, gdzie ją skierować, a antena odbierze żądany sygnał.
Zakończymy listą typów anten i ich kierunkowości.Dzięki temu dowiesz się, jaka kierunkowość jest powszechna.
Typ anteny Typowa kierunkowość Typowa kierunkowość [decybele] (dB)
Krótka antena dipolowa 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 anteny jest bardzo zróżnicowana.Dlatego ważne jest, aby zrozumieć kierunkowość przy wyborze najlepszej anteny do konkretnego zastosowania.Jeśli chcesz 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 komputerze.I odwrotnie, jeśli wykonujesz teledetekcję lub ukierunkowane przenoszenie mocy, wymagana będzie antena silnie kierunkowa.Anteny wysoce kierunkowe maksymalizują transfer mocy z pożądanego kierunku i redukują sygnały z niepożądanych kierunków.
Załóżmy, że chcemy antenę o niskiej kierunkowości.Jak to zrobić?
Ogólna zasada teorii anten jest taka, że do uzyskania niskiej kierunkowości potrzebna jest antena o małej mocy elektrycznej.Oznacza to, że jeśli użyjesz anteny o całkowitym rozmiarze długości fali 0,25 - 0,5, zminimalizujesz kierunkowość.Anteny dipolowe półfalowe lub anteny szczelinowe o połowie długości fali mają zazwyczaj kierunkowość mniejszą niż 3 dB.Jest to tak niska kierunkowość, jaką można uzyskać w praktyce.
Ostatecznie nie możemy produkować anten mniejszych niż jedna czwarta długości fali bez zmniejszenia wydajności anteny i szerokości pasma anteny.Wydajność anteny i szerokość pasma anteny zostaną omówione w przyszłych rozdziałach.
Aby uzyskać antenę o wysokiej kierunkowości, będziemy potrzebować anten o wielu długościach fal.Takie jak anteny satelitarne i anteny tubowe mają wysoką kierunkowość.Dzieje się tak częściowo dlatego, że mają one wiele długości fal.
dlaczego?Ostatecznie przyczyna ma związek z właściwościami transformaty Fouriera.Kiedy weźmiemy transformatę Fouriera krótkiego impulsu, otrzymamy szerokie widmo.Analogii tej nie ma przy określaniu charakterystyki promieniowania anteny.Charakter 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, równomiernym rozkładzie napięcia lub prądu. Bardzo kierunkowe charakterystyki (i wysoka kierunkowość).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Strona internetowa: www.rf-miso.com
Czas publikacji: 7 listopada 2023 r
