La directivitat és un paràmetre fonamental de l'antena. És una mesura de com és el patró de radiació d'una antena direccional. Una antena que irradia per igual en totes direccions tindrà una directivitat igual a 1. (Això és equivalent a zero decibels -0 dB).
La funció de coordenades esfèriques es pot escriure com un patró de radiació normalitzat:
[Equació 1]
Un patró de radiació normalitzat té la mateixa forma que el patró de radiació original. El patró de radiació normalitzat es redueix per magnitud de manera que el valor màxim del patró de radiació sigui igual a 1. (El més gran és l'equació [1] de "F"). Matemàticament, la fórmula de la direccionalitat (tipus "D") s'escriu com:
Això pot semblar una equació direccional complicada. Tanmateix, els patrons de radiació de les molècules són els que tenen més valor. El denominador representa la potència mitjana radiada en totes direccions. L'equació és, doncs, una mesura de la potència radiada màxima dividida per la mitjana. Això dóna la directivitat de l'antena.
Paradigma direccional
Com a exemple, considereu les dues equacions següents per al diagrama de radiació de dues antenes.
Antena 1
Antena 2
Aquests patrons de radiació es representen a la Figura 1. Tingueu en compte que el mode de radiació només és una funció de l'angle polar theta(θ). El patró de radiació no és una funció de l'azimut. (El patró de radiació azimutal roman inalterat). El patró de radiació de la primera antena és menys direccional que el patró de radiació de la segona antena. Per tant, esperem que la directivitat sigui més baixa per a la primera antena.
figura 1. Diagrama del patró de radiació d'una antena. Té alta direccionalitat?
Utilitzant la fórmula [1], podem calcular que l'antena té una directivitat més alta. Per comprovar la vostra comprensió, penseu en la Figura 1 i què és la direccionalitat. A continuació, determineu quina antena té una directivitat més alta sense utilitzar cap càlcul.
Resultats del càlcul direccional, utilitzeu la fórmula [1]:
Càlcul de l'antena direccional 1, 1,273 (1,05 dB).
Càlcul de l'antena direccional 2, 2.707 (4.32 dB).
Una directivitat més elevada significa una antena més enfocada o direccional. Això significa que una antena de 2 receptors té 2,707 vegades la potència direccional del seu pic que una antena omnidireccional. L'antena 1 rebrà 1,273 vegades la potència d'una antena omnidireccional. Les antenes omnidireccionals s'utilitzen com a referència comuna tot i que no existeixen antenes isotròpiques.
Les antenes de telefonia mòbil han de tenir una directivitat baixa perquè els senyals poden provenir de qualsevol direcció. En canvi, les antenes parabòliques tenen una directivitat alta. Una antena parabòlica rep senyals d'una direcció fixa. Per exemple, si compres una antena de televisió per satèl·lit, l'empresa et dirà on apuntar-la i l'antena rebrà el senyal desitjat.
Acabarem amb una llista de tipus d'antenes i la seva directivitat. Això us donarà una idea de quina direccionalitat és habitual.
Tipus d'antena Directivitat típica Directivitat típica [decibels] (dB)
Antena dipol curta 1.5 1.76
Antena dipol de mitja ona 1.64 2.15
Patch (antena microstrip) 3.2-6.3 5-8
Antena de trompeta 10-100 10-20
Antena parabòlica 10-10.000 10-40
Com mostren les dades anteriors, la directivitat de l'antena varia molt. Per tant, és important entendre la directivitat a l'hora de seleccionar la millor antena per a la vostra aplicació específica. Si necessiteu enviar o rebre energia des de múltiples direccions en una direcció, hauríeu de dissenyar una antena amb baixa directivitat. Exemples d'aplicacions per a antenes de baixa directivitat inclouen ràdios de cotxe, telèfons mòbils i accés a Internet sense fil des d'ordinadors. Per contra, si esteu fent teledetecció o transferència de potència dirigida, es requerirà una antena altament direccional. Les antenes altament direccionals maximitzaran la transferència de potència des de la direcció desitjada i reduiran els senyals de direccions no desitjades.
Suposem que volem una antena de baixa directivitat. Com ho fem?
La regla general de la teoria d'antenes és que cal una antena elèctricament petita per produir una baixa directivitat. És a dir, si s'utilitza una antena amb una mida total de 0,25 a 0,5 de longitud d'ona, es minimitza la directivitat. Les antenes dipol de mitja ona o les antenes de ranura de mitja longitud d'ona solen tenir una directivitat inferior a 3 dB. Aquesta és la direccionalitat més baixa que es pot obtenir a la pràctica.
En definitiva, no podem fabricar antenes més petites que un quart de longitud d'ona sense reduir l'eficiència de l'antena i l'amplada de banda de l'antena. L'eficiència de l'antena i l'amplada de banda de l'antena es tractaran en futurs capítols.
Per a una antena amb alta directivitat, necessitarem antenes de moltes mides de longitud d'ona. Com ara les antenes parabòliques i les antenes de trompeta, tenen una alta directivitat. Això es deu en part al fet que tenen moltes longituds d'ona.
Per què és això? En última instància, la raó té a veure amb les propietats de la transformada de Fourier. Quan es pren la transformada de Fourier d'un pols curt, s'obté un espectre ampli. Aquesta analogia no és present en la determinació del patró de radiació d'una antena. El patró de radiació es pot considerar com la transformada de Fourier de la distribució del corrent o voltatge al llarg de l'antena. Per tant, les antenes petites tenen patrons de radiació amplis (i baixa directivitat). Antenes amb una distribució uniforme de voltatge o corrent gran Patrons molt direccionals (i alta directivitat).
E-mail:info@rf-miso.com
Telèfon: 0086-028-82695327
Lloc web: www.rf-miso.com
Data de publicació: 07 de novembre de 2023
