Ce este directivitatea antenei?
Răspuns rapid:Directivitatea antenei descrie cât de puternic concentrează o antenă puterea radiată într-o anumită direcție în comparație cu un radiator izotrop ideal. Un radiator izotrop are o directivitate de 1 sau 0 dBi.
O directivitate mai mare produce un diagramă de radiație mai îngustă și mai focalizată, în timp ce o directivitate mai mică oferă o acoperire unghiulară mai largă. Directivitatea depinde de forma diagramei de radiație și nu include pierderile antenei.
Diagrama de radiație normalizată poate fi exprimată în coordonate sferice ca:
Model de radiații normalizat
Formula directivității antenei
Un diagramă de radiație normalizată are aceeași formă ca diagrama originală, dar valoarea sa maximă este scalată la 1. Directivitatea antenei, scrisă caD, compară intensitatea maximă a radiației cu intensitatea medie a radiației pe toate direcțiile.
Numitorul ecuației reprezintă diagrama totală integrată pe o sferă. Împărțirea valorii de vârf la această medie spațială arată cât de puternic concentrează antena energia în direcția sa principală.
Directivitate vs. Câștig
Directivitatea descrie doar modul în care este concentrată diagrama de radiație. Câștigul antenei ia în considerare și eficiența radiației, inclusiv pierderile conductive și dielectrice.
Relația esteG = ηD, undeGeste câștig,ηeste eficiența radiației șiDeste directivitatea. O antenă fără pierderi are un câștig egal cu directivitatea sa; într-o antenă reală, câștigul este în mod normal mai mic. Ambele valori sunt exprimate în mod obișnuit în dBi atunci când sunt raportate la un radiator izotrop.
Exemplu de calcul al directivității
Ca exemplu, luați în considerare următoarele două ecuații pentru diagrama de radiație a două antene.
Antena 1
Antena 2
Diagrama de radiație și directivitate
Următoarele modele variază în funcție de unghiul polarθși se presupune că rămân constante cu azimutul. Antena 1 își răspândește radiația mai larg, în timp ce Antena 2 concentrează mai multă energie în jurul direcției sale principale.
Deoarece un fascicul principal mai îngust reprezintă o concentrație mai mare de putere radiată, se așteaptă ca Antena 2 să aibă o directivitate mai mare.
Figura 1. Comparație între cele două diagrame de radiație normalizate. Diagrama mai concentrată are o directivitate mai mare.
Rezultatele calculului directivității
Aplicarea ecuației de directivitate la cele două modele exemplificative dă:
- Antena 1:D = 1,273 sau 1,05 dBi
- Antena 2:D = 2,707 sau 4,32 dBi
Antena 2 are directivitate mai mare deoarece radiația sa este mai concentrată în jurul direcției de vârf. Un radiator izotrop este utilizat ca referință de 0 dBi, chiar dacă este un model ideal, mai degrabă decât o antenă fizic realizabilă.
Aplicații cu directivitate ridicată vs. directivitate scăzută
Antene cu directivitate redusăoferă o acoperire unghiulară largă și sunt utile atunci când semnalele pot sosi din direcții diferite, cum ar fi dispozitive mobile, radiouri pentru vehicule și acces wireless general.
Antene de înaltă directivitatefocalizează energia într-un fascicul mai îngust. Sunt preferate pentru legături prin satelit, radar, teledetecție și comunicații punct-la-punct, unde direcția dorită este cunoscută.
Tabelul de mai jos prezintă intervalele aproximative de directivitate pentru câteva tipuri comune de antene.
Valori tipice ale directivității antenei
| Tipul antenei | Raportul de directivitate aproximativ | Directivitate aproximativă (dBi) |
|---|---|---|
| Dipol scurt | 1,5 | 1,76 |
| Dipol pe jumătate de undă | 1,64 | 2.15 |
| Antenă patch | 3.2-6.3 | 5-8 |
| Antenă cu corn | 10-100 | 10-20 |
| Antenă parabolică | 10-10.000 | 10-40 |
Aceste valori sunt intervale reprezentative. Directivitatea reală depinde de frecvență, dimensiunea electrică, geometrie, iluminare și condițiile de funcționare.
Cum se măsoară directivitatea antenei?
Directivitatea este determinată de obicei dintr-un diagramă de radiație măsurată. Antena testată este caracterizată pe azimut și elevație, iar datele de câmp sau putere rezultate sunt normalizate pentru a crea un diagramă tridimensională.
- Măsurați nivelul relativ al radiației pe intervalul unghiular necesar.
- Identificați intensitatea maximă a radiației.
- Integrați diagrama de radiație pe unghiul solid pentru a obține media spațială.
- Împărțiți intensitatea de vârf la intensitatea medie și exprimați rezultatul ca raport sau în dBi.
Controlattestarea anteneiajută la reducerea reflexiilor și a incertitudinii de măsurare la evaluarea modelelor de radiație, a amplificării, a polarizării și a directivității.
Cum afectează dimensiunea antenei directivitatea
Dimensiunea electrică influențează puternic diagrama de radiație. O antenă mică cu un singur element produce în mod normal un fascicul larg și o directivitate relativ scăzută. Creșterea aperturii efective în lungimi de undă permite unei antene sau unui sistem de antene să formeze un fascicul mai îngust și să obțină o directivitate mai mare.
- Directivitate inferioară:util pentru acoperirea unei zone extinse și pentru semnale care sosesc din mai multe direcții.
- Directivitate mai mare:util pentru legături focalizate, selectivitate unghiulară îmbunătățită și respingerea semnalelor din afara fasciculului principal.
Directivitatea nu este determinată doar de dimensiunea fizică. Geometria, distribuția curentului, spațierea și fazarea matricei, iluminarea aperturii și frecvența de funcționare influențează toate diagramele de radiație finale.
Un fascicul mai îngust corespunde, în general, unei directivități mai mari, dar necesită și o orientare și o aliniere mai precise. Pentru relația dintre directivitate, eficiență și performanța realizată, vezieficiența și câștigul antenei.
Întrebări frecvente
Ce este directivitatea antenei în termeni simpli?
Este o măsură a cât de puternic concentrează o antenă radiația într-o singură direcție în comparație cu radiația medie în toate direcțiile.
Directivitatea antenei este aceeași cu câștigul?
Nu. Directivitatea descrie concentrația modelului, în timp ce amplificarea include și eficiența radiației. Relația lor este G = ηD.
Ce înseamnă directivitate de 0 dBi?
Corespunde unui radiator izotrop ideal cu un raport de directivitate de 1. Este referința utilizată pentru a exprima directivitatea în dBi.
Cum poate fi crescută directivitatea antenei?
Directivitatea poate fi crescută prin mărirea aperturii electrice efective, utilizarea reflectoarelor sau lentilelor, formarea de rețele cu amplitudine și fază controlate sau selectarea unei geometrii care produce un fascicul principal mai îngust.
O directivitate mai mare înseamnă întotdeauna o antenă mai bună?
Nu. O directivitate mai mare este benefică atunci când direcția țintei este cunoscută, dar o acoperire largă poate fi mai importantă pentru aplicațiile mobile sau multidirecționale. Alegerea corectă depinde de legătură, acoperire, lățime de bandă, eficiență și cerințele de instalare.
Pentru ajutor în selectarea sau testarea unei antene pentru aplicația dumneavoastră,contactați RF MISOsau prin e-mailinfo@rf-miso.com.
Data publicării: 07 noiembrie 2023
