La directivitat és un paràmetre fonamental de l'antena.Aquesta és una mesura de com és el patró de radiació d'una antena direccional.Una antena que irradia igual en totes les direccions tindrà una directivitat igual a 1. (Això equival a zero decibels -0 dB).
La funció de les 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 en 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 de gran valor.El denominador representa la potència mitjana radiada en totes direccions.L'equació és llavors una mesura de la potència radiada màxima dividida per la mitjana.Això dóna directivitat a l'antena.
Paradigma direccional
Com a exemple, considereu les dues equacions següents per al patró 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 es manté sense canvis).El patró de radiació de la primera antena és menys direccional, després el patró de radiació de la segona antena.Per tant, esperem que la directivitat sigui menor per a la primera antena.
figura 1. Diagrama de patró de radiació d'una antena.Té una 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 en què és la direccionalitat.A continuació, determineu quina antena té una directivitat més alta sense utilitzar cap matemàtica.
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).
L'augment de la directivitat significa una antena més enfocada o direccional.Això vol dir que una antena de 2 receptors té 2,707 vegades la potència direccional del seu pic que una antena omnidireccional.L'antena 1 obtindrà 1.273 vegades la potència d'una antena omnidireccional.Les antenes omnidireccionals s'utilitzen com a referència comuna tot i que no existeixen antenes isòtropes.
Les antenes dels telèfons mòbils haurien de tenir una baixa directivitat perquè els senyals poden venir des de qualsevol direcció.En canvi, les antenes parabòliques tenen una alta directivitat.Una antena parabòlica rep senyals d'una direcció fixa.Per exemple, si obteniu una antena de televisió per satèl·lit, l'empresa us dirà cap a on l'has d'apuntar 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 comú.
Tipus d'antena Directivitat típica Directivitat típica [decibels] (dB)
Antena dipol curt 1,5 1,76
Antena dipol de mitja ona 1,64 2,15
Pegat (antena microstrip) 3.2-6.3 5-8
Antena botzina 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 diverses direccions en una direcció, haureu de dissenyar una antena amb baixa directivitat.Alguns exemples d'aplicacions per a antenes de baixa directivitat inclouen ràdios de cotxes, telèfons mòbils i accés a Internet sense fil per ordinador.Per contra, si feu teledetecció o transferència d'energia dirigida, caldrà una antena altament direccional.Les antenes altament direccionals maximitzaran la transferència de potència des de la direcció desitjada i reduiran els senyals de les direccions no desitjades.
Suposem que volem una antena de baixa directivitat.Com ho fem això?
La regla general de la teoria de l'antena és que necessiteu una antena elèctricament petita per produir una baixa directivitat.És a dir, si utilitzeu una antena amb una mida total de 0,25 - 0,5 de longitud d'ona, minimitzareu la directivitat.Les antenes de dipol de mitja ona o les antenes de ranura de mitja longitud d'ona solen tenir una directivitat inferior a 3 dB.Això és tan baix com una direccionalitat que podeu obtenir a la pràctica.
En definitiva, no podem fer 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 capítols futurs.
Per a una antena amb alta directivitat, necessitarem antenes de moltes mides de longitud d'ona.Com les antenes parabòliques i les antenes de botzina, tenen una alta directivitat.Això és en part perquè tenen moltes longituds d'ona.
Per què això?En definitiva, la raó té a veure amb les propietats de la transformada de Fourier.Quan agafeu la transformada de Fourier d'un pols curt, obteniu un ampli espectre.Aquesta analogia no està present per determinar el patró de radiació d'una antena.El patró de radiació es pot considerar com la transformada de Fourier de la distribució de corrent o tensió al llarg de l'antena.Per tant, les antenes petites tenen patrons de radiació amplis (i baixa directivitat).Antenes amb gran distribució uniforme de tensió o corrent. Patrons molt direccionals (i alta directivitat).
E-mail:info@rf-miso.com
Telèfon: 0086-028-82695327
Lloc web: www.rf-miso.com
Hora de publicació: 07-nov-2023
