Directivitatea este un parametru fundamental al antenei. Aceasta este o măsură a diagramei de radiație a unei antene direcționale. O antenă care radiază în mod egal în toate direcțiile va avea o directivitate egală cu 1. (Acest lucru este echivalent cu zero decibeli -0 dB).
Funcția coordonatelor sferice poate fi scrisă ca o diagramă de radiație normalizată:
[Ecuația 1]
O diagramă de radiație normalizată are aceeași formă ca diagramă de radiație originală. Diagrama de radiație normalizată este redusă cu magnitudine astfel încât valoarea maximă a diagramei de radiație să fie egală cu 1. (Cea mai mare este ecuația [1] a lui „F”). Matematic, formula pentru direcționalitate (tipul „D”) se scrie astfel:
Aceasta poate părea o ecuație direcțională complicată. Cu toate acestea, diagramele de radiație ale moleculelor sunt cele mai importante. Numitorul reprezintă puterea medie radiată în toate direcțiile. Ecuația este apoi o măsură a puterii radiate de vârf împărțită la medie. Aceasta dă directivitatea antenei.
Paradigma direcțională
Ca exemplu, luați în considerare următoarele două ecuații pentru diagrama de radiație a două antene.
Antena 1
Antena 2
Aceste diagrame de radiație sunt reprezentate grafic în Figura 1. Rețineți că modul de radiație este doar o funcție de unghiul polar teta(θ). Diagrama de radiație nu este o funcție de azimut. (Diagrama de radiație azimutală rămâne neschimbată). Diagrama de radiație a primei antene este mai puțin direcțională decât diagrama de radiație a celei de-a doua antene. Prin urmare, ne așteptăm ca directivitatea să fie mai mică pentru prima antenă.
figura 1. Diagrama diagramei de radiație a unei antene. Are direcționalitate ridicată?
Folosind formula [1], putem calcula că antena are o directivitate mai mare. Pentru a vă verifica înțelegerea, gândiți-vă la Figura 1 și la ce este direcționalitatea. Apoi, determinați care antenă are o directivitate mai mare fără a utiliza calcule matematice.
Rezultatele calculului direcțional, utilizați formula [1]:
Calcul antenă direcțională 1, 1,273 (1,05 dB).
Calculul antenei direcționale 2, 2,707 (4,32 dB).
O directivitate crescută înseamnă o antenă mai focalizată sau direcțională. Aceasta înseamnă că o antenă cu 2 recepții are o putere direcțională de 2,707 ori mai mare decât vârful său decât o antenă omnidirecțională. Antena 1 va primi o putere de 1,273 ori mai mare decât o antenă omnidirecțională. Antenele omnidirecționale sunt utilizate ca referință comună, chiar dacă nu există antene izotrope.
Antenele de telefonie mobilă ar trebui să aibă o directivitate scăzută, deoarece semnalele pot veni din orice direcție. În schimb, antenele de satelit au o directivitate ridicată. O antenă de satelit primește semnale dintr-o direcție fixă. De exemplu, dacă achiziționați o antenă de televiziune prin satelit, compania vă va spune unde să o îndreptați, iar antena va primi semnalul dorit.
Vom încheia cu o listă de tipuri de antene și directivitatea acestora. Aceasta vă va oferi o idee despre direcționalitatea comună.
Tip de antenă Directivitate tipică Directivitate tipică [decibeli] (dB)
Antenă dipol scurtă 1,5 1,76
Antenă dipol cu jumătate de undă 1,64 2,15
Antenă microstrip (patch) 3.2-6.3 5-8
Antenă cu corn 10-100 10-20
Antenă parabolică 10-10.000 10-40
După cum arată datele de mai sus, directivitatea antenei variază foarte mult. Prin urmare, este important să înțelegeți directivitatea atunci când selectați cea mai bună antenă pentru aplicația dvs. specifică. Dacă trebuie să trimiteți sau să primiți energie din mai multe direcții într-o singură direcție, atunci ar trebui să proiectați o antenă cu directivitate scăzută. Exemple de aplicații pentru antene cu directivitate scăzută includ radiourile auto, telefoanele mobile și accesul wireless la internet de la computer. În schimb, dacă utilizați teledetecție sau transfer direcționat de putere, atunci va fi necesară o antenă cu directivitate ridicată. Antenele cu direcționalitate ridicată vor maximiza transferul de putere din direcția dorită și vor reduce semnalele din direcțiile nedorite.
Să presupunem că dorim o antenă cu directivitate redusă. Cum facem asta?
Regula generală a teoriei antenelor este că aveți nevoie de o antenă de dimensiuni reduse din punct de vedere electric pentru a produce o directivitate scăzută. Adică, dacă utilizați o antenă cu o dimensiune totală de 0,25 - 0,5 lungimi de undă, atunci veți minimiza directivitatea. Antenele dipol cu jumătate de undă sau antenele cu fantă cu jumătate de lungime de undă au de obicei o directivitate mai mică de 3 dB. Aceasta este cea mai mică direcționalitate pe care o puteți obține în practică.
În cele din urmă, nu putem construi antene mai mici de un sfert de lungime de undă fără a reduce eficiența antenei și lățimea de bandă a acesteia. Eficiența antenei și lățimea de bandă a antenei vor fi discutate în capitolele viitoare.
Pentru o antenă cu directivitate ridicată, vom avea nevoie de antene cu lungimi de undă diferite. Antenele parabolice și antenele cu corn, de exemplu, au directivitate ridicată. Acest lucru se datorează parțial faptului că au lungimi de undă diferite.
De ce se întâmplă asta? În cele din urmă, motivul are legătură cu proprietățile transformatei Fourier. Când se ia transformata Fourier a unui impuls scurt, se obține un spectru larg. Această analogie nu este prezentă în determinarea diagramei de radiație a unei antene. Diagrama de radiație poate fi considerată ca transformata Fourier a distribuției curentului sau tensiunii de-a lungul antenei. Prin urmare, antenele mici au diagrame de radiație largi (și directivitate scăzută). Antene cu distribuție uniformă mare a tensiunii sau curentului. Diagrame foarte direcționale (și directivitate ridicată).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Site web: www.rf-miso.com
Data publicării: 07 noiembrie 2023
