Usmerjenost je temeljni parameter antene. To je merilo sevalnega diagrama usmerjene antene. Antena, ki seva enakomerno v vse smeri, bo imela usmerjenost enako 1. (To je enako nič decibelom -0 dB).
Funkcijo sferičnih koordinat lahko zapišemo kot normaliziran vzorec sevanja:
[Enačba 1]
Normalizirani sevalni vzorec ima enako obliko kot prvotni sevalni vzorec. Normalizirani sevalni vzorec se zmanjša za velikost, tako da je največja vrednost sevalnega vzorca enaka 1. (Največja je enačba [1] "F"). Matematično se formula za usmerjenost (tip "D") zapiše kot:
To se morda zdi zapletena smerna enačba. Vendar pa so največje vrednosti sevalni vzorci molekul. Imenovalec predstavlja povprečno moč, sevano v vse smeri. Enačba je nato mera največje sevane moči, deljene s povprečjem. To daje usmerjenost antene.
Usmerjena paradigma
Kot primer si oglejmo naslednji dve enačbi za vzorec sevanja dveh anten.
Antena 1
Antena 2
Ti sevalni diagrami so prikazani na sliki 1. Upoštevajte, da je način sevanja odvisen le od polarnega kota theta(θ). Sevalni diagram ni odvisen od azimuta. (Azimutalni sevalni diagram ostane nespremenjen). Sevalni diagram prve antene je manj usmerjen kot sevalni diagram druge antene. Zato pričakujemo, da bo usmerjenost prve antene nižja.
slika 1. Diagram sevalnega vzorca antene. Ima visoko usmerjenost?
Z uporabo formule [1] lahko izračunamo, da ima antena višjo usmerjenost. Da preverite svoje razumevanje, razmislite o sliki 1 in o tem, kaj je usmerjenost. Nato brez uporabe matematike določite, katera antena ima višjo usmerjenost.
Rezultati smernega izračuna, uporabite formulo [1]:
Izračun usmerjene antene 1, 1,273 (1,05 dB).
Izračun usmerjene antene 2, 2,707 (4,32 dB).
Povečana usmerjenost pomeni bolj fokusirano ali usmerjeno anteno. To pomeni, da ima sprejemna antena z dvema sprejemnikoma 2,707-krat večjo usmerjeno moč od svojega vrha kot vsesmerna antena. Antena 1 bo prejela 1,273-krat večjo moč kot vsesmerna antena. Vsesmerne antene se uporabljajo kot skupna referenca, čeprav izotropnih anten ni.
Antene za mobilne telefone morajo imeti nizko usmerjenost, ker lahko signali prihajajo iz katere koli smeri. Nasprotno pa imajo satelitske antene visoko usmerjenost. Satelitska antena sprejema signale iz fiksne smeri. Na primer, če dobite satelitsko televizijsko anteno, vam bo podjetje povedalo, kam jo usmeriti, in antena bo sprejela želeni signal.
Zaključili bomo s seznamom vrst anten in njihove usmerjenosti. To vam bo dalo predstavo o tem, kakšna usmerjenost je pogosta.
Tip antene Tipična usmerjenost Tipična usmerjenost [decibel] (dB)
Kratka dipolna antena 1,5 1,76
Polvalovna dipolna antena 1,64 2,15
Patch (mikrotrakasta antena) 3,2–6,3 5–8
Hupasta antena 10–100 10–20
Antena s krožnikom 10–10.000 10–40
Kot kažejo zgornji podatki, se usmerjenost antene zelo razlikuje. Zato je pomembno razumeti usmerjenost pri izbiri najboljše antene za vašo specifično uporabo. Če morate pošiljati ali sprejemati energijo iz več smeri v eno smer, potem morate zasnovati anteno z nizko usmerjenostjo. Primeri uporabe anten z nizko usmerjenostjo vključujejo avtomobilske radijske sprejemnike, mobilne telefone in brezžični dostop do interneta za računalnike. Nasprotno pa, če izvajate daljinsko zaznavanje ali ciljni prenos energije, potem bo potrebna zelo usmerjena antena. Zelo usmerjene antene bodo maksimizirale prenos moči iz želene smeri in zmanjšale signale iz neželenih smeri.
Recimo, da želimo anteno z nizko usmerjenostjo. Kako to naredimo?
Splošno pravilo teorije anten je, da za doseganje nizke usmerjenosti potrebujete električno majhno anteno. To pomeni, da če uporabite anteno s skupno velikostjo 0,25 - 0,5 valovne dolžine, boste usmerjenost zmanjšali. Polvalovne dipolne antene ali režne antene s polovično valovno dolžino imajo običajno usmerjenost manj kot 3 dB. To je najnižja usmerjenost, ki jo lahko dosežete v praksi.
Konec koncev anten ne moremo izdelati manjših od četrtine valovne dolžine, ne da bi zmanjšali učinkovitost antene in pasovno širino antene. Učinkovitost antene in pasovna širina antene bosta obravnavani v prihodnjih poglavjih.
Za anteno z visoko usmerjenostjo bomo potrebovali antene različnih velikosti valovnih dolžin. Na primer satelitske antene in rogovne antene imajo visoko usmerjenost. To je deloma zato, ker imajo veliko valovnih dolžin.
Zakaj je tako? Konec koncev je razlog povezan z lastnostmi Fourierjeve transformacije. Ko uporabimo Fourierovo transformacijo kratkega impulza, dobimo širok spekter. Ta analogija ni prisotna pri določanju sevalnega diagrama antene. Sevalni diagram si lahko predstavljamo kot Fourierovo transformacijo porazdelitve toka ali napetosti vzdolž antene. Zato imajo majhne antene široke sevalne diagrame (in nizko usmerjenost). Antene z veliko enakomerno porazdelitvijo napetosti ali toka Zelo usmerjeni diagrami (in visoka usmerjenost).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Spletna stran: www.rf-miso.com
Čas objave: 7. november 2023
