Направленность — это фундаментальный параметр антенны. Это мера того, какова диаграмма направленности направленной антенны. Антенна, которая излучает одинаково во всех направлениях, будет иметь направленность, равную 1. (Это эквивалентно нулю децибел -0 дБ).
Функцию сферических координат можно записать в виде нормированной диаграммы направленности:
[Уравнение 1]
Нормализованная диаграмма направленности имеет ту же форму, что и исходная диаграмма направленности. Нормализованная диаграмма направленности уменьшается на величину так, что максимальное значение диаграммы направленности равно 1. (Наибольшее значение — уравнение [1] "F"). Математически формула для направленности (тип "D") записывается как:
Это может показаться сложным уравнением направления. Однако диаграммы излучения молекул имеют наибольшую ценность. Знаменатель представляет среднюю мощность, излучаемую во всех направлениях. Тогда уравнение является мерой пиковой излучаемой мощности, деленной на среднее значение. Это дает направленность антенны.
Направленная парадигма
В качестве примера рассмотрим следующие два уравнения для диаграммы направленности двух антенн.
Антенна 1
Антенна 2
Эти диаграммы направленности изображены на рисунке 1. Обратите внимание, что режим излучения является функцией только полярного угла theta(θ). Диаграмма направленности не является функцией азимута. (Азимутальная диаграмма направленности остается неизменной). Диаграмма направленности первой антенны менее направленная, чем диаграмма направленности второй антенны. Поэтому мы ожидаем, что направленность первой антенны будет ниже.
Рисунок 1. Диаграмма направленности антенны. Имеет высокую направленность?
Используя формулу [1], мы можем вычислить, что антенна имеет более высокую направленность. Чтобы проверить свое понимание, подумайте о рисунке 1 и о том, что такое направленность. Затем определите, какая антенна имеет более высокую направленность, не прибегая к математике.
Результаты расчета направленности рассчитываются по формуле [1]:
Расчет направленной антенны 1, 1,273 (1,05 дБ).
Расчет направленной антенны 2, 2,707 (4,32 дБ).
Повышенная направленность означает более сфокусированную или направленную антенну. Это означает, что 2-приемная антенна имеет в 2,707 раза большую направленную мощность пика, чем всенаправленная антенна. Антенна 1 получит в 1,273 раза большую мощность, чем всенаправленная антенна. Всенаправленные антенны используются в качестве общего эталона, хотя изотропных антенн не существует.
Антенны сотовых телефонов должны иметь низкую направленность, поскольку сигналы могут приходить с любого направления. Напротив, спутниковые антенны имеют высокую направленность. Спутниковая антенна принимает сигналы с фиксированного направления. Например, если вы покупаете спутниковую антенну, компания скажет вам, куда ее направить, и антенна примет нужный сигнал.
Мы закончим списком типов антенн и их направленности. Это даст вам представление о том, какая направленность является общепринятой.
Тип антенны Типичная направленность Типичная направленность [децибел] (дБ)
Короткая дипольная антенна 1,5 1,76
Полуволновая дипольная антенна 1,64 2,15
Патч (микрополосковая антенна) 3,2-6,3 5-8
Рупорная антенна 10-100 10-20
Антенна-тарелка 10-10,000 10-40
Как показывают приведенные выше данные, направленность антенны сильно различается. Поэтому важно понимать направленность при выборе лучшей антенны для вашего конкретного применения. Если вам нужно отправлять или получать энергию с нескольких направлений в одном направлении, то вам следует спроектировать антенну с низкой направленностью. Примерами приложений для антенн с низкой направленностью являются автомобильные радиоприемники, сотовые телефоны и беспроводной доступ в Интернет для компьютеров. И наоборот, если вы занимаетесь дистанционным зондированием или целевой передачей энергии, то вам потребуется высоконаправленная антенна. Высоконаправленные антенны максимизируют передачу энергии с желаемого направления и уменьшают сигналы с нежелательных направлений.
Предположим, нам нужна антенна с низкой направленностью. Как это сделать?
Общее правило теории антенн заключается в том, что для получения низкой направленности вам нужна электрически малая антенна. То есть, если вы используете антенну с общим размером 0,25 - 0,5 длины волны, то вы минимизируете направленность. Полуволновые дипольные антенны или щелевые антенны с полуволновой длиной обычно имеют направленность менее 3 дБ. Это самая низкая направленность, которую вы можете получить на практике.
В конечном счете, мы не можем сделать антенны меньше четверти длины волны без снижения эффективности антенны и полосы пропускания антенны. Эффективность антенны и полоса пропускания антенны будут обсуждаться в следующих главах.
Для антенны с высокой направленностью нам понадобятся антенны с множеством размеров длин волн. Например, спутниковые антенны-тарелки и рупорные антенны имеют высокую направленность. Это отчасти потому, что они имеют много длин волн.
почему так? В конечном счете, причина связана со свойствами преобразования Фурье. Когда вы берете преобразование Фурье короткого импульса, вы получаете широкий спектр. Эта аналогия не присутствует при определении диаграммы направленности антенны. Диаграмму направленности можно рассматривать как преобразование Фурье распределения тока или напряжения вдоль антенны. Поэтому небольшие антенны имеют широкие диаграммы направленности (и низкую направленность). Антенны с большим равномерным распределением напряжения или тока Очень направленные диаграммы (и высокую направленность).
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон:0086-028-82695327
Сайт:www.rf-miso.com
Время публикации: 07.11.2023
