Спрямованість – це фундаментальний параметр антени. Це міра діаграми спрямованості спрямованої антени. Антена, яка випромінює однаково в усіх напрямках, матиме спрямованість, що дорівнює 1. (Це еквівалентно нулю децибелів -0 дБ).
Функцію сферичних координат можна записати як нормалізовану діаграму спрямованості:
[Рівняння 1]
Нормалізована діаграма спрямованості має таку ж форму, як і вихідна діаграма спрямованості. Нормалізована діаграма спрямованості зменшується на величину таким чином, що максимальне значення діаграми спрямованості дорівнює 1. (Найбільше значення - рівняння [1] "F"). Математично формула для спрямованості (тип "D") записується так:
Це може здатися складним рівнянням спрямованості. Однак найбільше значення мають діаграми спрямованості молекул. Знаменник представляє середню потужність, що випромінюється в усіх напрямках. Тоді рівняння є мірою пікової випромінюваної потужності, поділеної на середнє значення. Це дає коефіцієнт спрямованості антени.
Спрямована парадигма
Як приклад, розглянемо наступні два рівняння для діаграми спрямованості двох антен.
Антена 1
Антена 2
Ці діаграми спрямованості зображено на рисунку 1. Зверніть увагу, що режим випромінювання залежить лише від полярного кута тета(θ). Діаграма спрямованості не залежить від азимуту. (Азимутальна діаграма спрямованості залишається незмінною). Діаграма спрямованості першої антени менш спрямована, ніж діаграма спрямованості другої антени. Тому ми очікуємо, що спрямованість першої антени буде нижчою.
рисунок 1. Діаграма спрямованості антени. Має високу спрямованість?
Використовуючи формулу [1], ми можемо розрахувати, що антена має вищу спрямованість. Щоб перевірити своє розуміння, подумайте про Рисунок 1 і про те, що таке спрямованість. Потім визначте, яка антена має вищу спрямованість, без використання будь-яких математичних обчислень.
Результати розрахунку напрямку, використовуйте формулу [1]:
Розрахунок спрямованої антени 1, 1,273 (1,05 дБ).
Розрахунок спрямованої антени 2, 2,707 (4,32 дБ).
Підвищена спрямованість означає більш сфокусовану або спрямовану антену. Це означає, що двонаправлена приймальна антена має спрямовану потужність у 2,707 раза більшу за свою пікову, ніж всенаправлена антена. Антена 1 отримає потужність у 1,273 раза більшу, ніж всенаправлена антена. Всенаправлені антени використовуються як загальний орієнтир, навіть якщо ізотропних антен не існує.
Антени мобільного телефону повинні мати низьку спрямованість, оскільки сигнали можуть надходити з будь-якого напрямку. Натомість, супутникові антени мають високу спрямованість. Супутникова антена приймає сигнали з фіксованого напрямку. Наприклад, якщо ви придбаєте супутникову телевізійну антену, компанія скаже вам, куди її спрямувати, і антена прийматиме потрібний сигнал.
Ми завершимо переліком типів антен та їх спрямованості. Це дасть вам уявлення про те, яка спрямованість є поширеною.
Тип антени Типова спрямованість Типова спрямованість [децибел] (дБ)
Коротка дипольна антена 1,5 1,76
Півхвильова дипольна антена 1,64 2,15
Патч-антена (мікросмужкова) 3,2-6,3 5-8
Рупорна антена 10-100 10-20
Параболічна антена 10-10 000 10-40
Як показують наведені вище дані, спрямованість антени дуже різниться. Тому важливо розуміти спрямованість, вибираючи найкращу антену для вашого конкретного застосування. Якщо вам потрібно надсилати або приймати енергію з кількох напрямків в одному напрямку, тоді слід спроектувати антену з низькою спрямованістю. Прикладами застосування антен з низькою спрямованістю є автомобільні радіоприймачі, мобільні телефони та бездротовий доступ до Інтернету для комп'ютерів. І навпаки, якщо ви займаєтесь дистанційним зондуванням або цілеспрямованою передачею енергії, тоді знадобиться високоспрямована антена. Високоспрямовані антени максимізують передачу енергії з потрібного напрямку та зменшать сигнали з небажаних напрямків.
Припустимо, нам потрібна антена з низьким коефіцієнтом спрямованості. Як нам це зробити?
Загальне правило теорії антен полягає в тому, що для отримання низької спрямованості потрібна електрично мала антена. Тобто, якщо використовувати антену із загальним розміром 0,25 - 0,5 довжини хвилі, то спрямованість буде мінімізована. Півхвильові дипольні антени або щілинні антени з півхвильовою довжиною хвилі зазвичай мають спрямованість менше 3 дБ. Це найнижчий рівень спрямованості, який можна отримати на практиці.
Зрештою, ми не можемо створювати антени меншими за чверть довжини хвилі, не зменшуючи ефективність антени та її смугу пропускання. Ефективність антени та її смуга пропускання будуть обговорені в наступних розділах.
Для антени з високою спрямованістю нам знадобляться антени з різною довжиною хвилі. Такі, як супутникові антени та рупорні антени, мають високу спрямованість. Частково це пов'язано з тим, що вони мають багато довжин хвиль.
Чому так? Зрештою, причина пов'язана з властивостями перетворення Фур'є. Коли ви використовуєте перетворення Фур'є короткого імпульсу, ви отримуєте широкий спектр. Ця аналогія відсутня при визначенні діаграми спрямованості антени. Діаграму спрямованості можна розглядати як перетворення Фур'є розподілу струму або напруги вздовж антени. Тому малі антени мають широкі діаграми спрямованості (і низьку спрямованість). Антени з великим рівномірним розподілом напруги або струму. Дуже спрямовані діаграми спрямованості (і висока спрямованість).
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Вебсайт: www.rf-miso.com
Час публікації: 07 листопада 2023 р.
