Az irányítottság egy alapvető antennaparaméter. Ez a mértékegysége annak, hogy milyen a sugárzási karakterisztikája egy irányított antennának. Egy olyan antenna, amely minden irányban egyenlően sugároz, 1-gyel lesz irányított. (Ez nulla decibelnek, decibel -0 dB-nek felel meg.)
A gömbi koordináták függvénye normalizált sugárzási mintaként írható fel:
[1. egyenlet]
Egy normalizált sugárzási minta alakja megegyezik az eredeti sugárzási mintázat alakjával. A normalizált sugárzási mintázatot nagyságrenddel csökkentjük úgy, hogy a sugárzási minta maximális értéke 1 legyen. (A legnagyobb az „F” [1] egyenlete). Matematikailag az irányítottság („D” típusú) képlete a következő:
Ez bonyolult irányegyenletnek tűnhet. Azonban a molekulák sugárzási mintázatai a legnagyobb értékkel bírnak. A nevező az összes irányban kisugárzott átlagos teljesítményt jelöli. Az egyenlet ezután a csúcskisugárzott teljesítmény és az átlag hányadosa. Ez adja az antenna irányítottságát.
Irányított paradigma
Példaként vegyük a következő két egyenletet két antenna sugárzási mintázatára.
1. antenna
2. antenna
Ezeket a sugárzási mintákat az 1. ábra mutatja. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a sugárzási mód csak a theta(θ) polárszög függvénye. A sugárzási minta nem függ az azimuttól. (Az azimutális sugárzási minta változatlan marad.) Az első antenna sugárzási mintázata kevésbé irányított, mint a második antennáé. Ezért arra számítunk, hogy az első antenna irányítottsága alacsonyabb lesz.
1. ábra. Antenna sugárzási mintázata. Nagy az irányítottsága?
Az [1] képlet segítségével kiszámíthatjuk, hogy az antenna irányítottsága magasabb. A megértés ellenőrzéséhez gondold át az 1. ábrát és azt, hogy mit jelent az irányítottság. Ezután határozd meg, melyik antennának nagyobb az irányítottsága, matematikai segítség nélkül.
Irányított számítási eredmények, az [1] képlettel:
Irányantenna 1 számítás, 1,273 (1,05 dB).
Irányantenna 2 számítás, 2,707 (4,32 dB).
A megnövelt irányítottság fókuszáltabb vagy irányítottabb antennát jelent. Ez azt jelenti, hogy egy két vevőegységgel rendelkező antenna irányított teljesítménye a csúcsértékéhez képest 2,707-szerese egy körsugárzó antennáénak. Az 1. antenna teljesítménye 1,273-szorosa egy körsugárzó antennáénak. A körsugárzó antennákat általános referenciaként használják, annak ellenére, hogy nincsenek izotróp antennák.
A mobiltelefon-antennáknak alacsony irányítottsággal kell rendelkezniük, mivel a jelek bármilyen irányból érkezhetnek. Ezzel szemben a parabolaantennák magas irányítottsággal rendelkeznek. A parabolaantenna egy adott irányból veszi a jeleket. Például, ha veszel egy műholdas TV-antennát, a cég megmondja, hová kell irányítani, és a parabolaantenna fogja venni a kívánt jelet.
Végül egy listát adunk az antenna típusokról és azok irányítottságáról. Ez képet ad arról, hogy milyen irányítottságok jellemzőek.
Antennatípus Tipikus irányítottság Tipikus irányítottság [decibel] (dB)
Rövid dipólantenna 1,5 1,76
Félhullámú dipólantenna 1,64 2,15
Patch (mikrocsíkos antenna) 3,2-6,3 5-8
Kürtantenna 10-100 10-20
Parancsantenna 10-10 000 10-40
Amint a fenti adatok mutatják, az antenna irányítottsága nagymértékben változik. Ezért fontos megérteni az irányítottságot, amikor az adott alkalmazáshoz legjobb antennát választjuk. Ha több irányból kell energiát küldenie vagy fogadnia egy irányban, akkor alacsony irányítottságú antennát kell terveznie. Az alacsony irányítottságú antennák alkalmazási példái közé tartoznak az autórádiók, mobiltelefonok és számítógépes vezeték nélküli internet-hozzáférés. Fordítva, ha távérzékelést vagy célzott teljesítményátvitelt végez, akkor nagy irányítottságú antennára lesz szükség. A nagy irányítottságú antennák maximalizálják a kívánt irányból érkező teljesítményátvitelt, és csökkentik a nem kívánt irányokból érkező jeleket.
Tegyük fel, hogy alacsony irányítottságú antennát szeretnénk. Hogyan csináljuk ezt?
Az antennaelmélet általános szabálya, hogy elektromosan kis antennára van szükség az alacsony irányítottság eléréséhez. Vagyis, ha egy 0,25-0,5 hullámhosszúságú antennát használunk, akkor minimalizáljuk az irányítottságot. A félhullámú dipólantennák vagy a félhullámhosszú réses antennák irányítottsága jellemzően kevesebb, mint 3 dB. Ez a gyakorlatban elérhető legalacsonyabb irányítottság.
Végső soron nem tudunk negyed hullámhossznál kisebb antennákat készíteni anélkül, hogy csökkentenénk az antenna hatásfokát és sávszélességét. Az antenna hatásfokát és sávszélességét a későbbi fejezetekben tárgyaljuk.
Egy nagy irányítottságú antennához különböző hullámhosszú antennákra lesz szükségünk. Például a parabolaantennák és a kürtantennák nagy irányítottsággal rendelkeznek. Ez részben azért van, mert több hullámhosszon futnak.
Miért van ez? Végső soron az ok a Fourier-transzformáció tulajdonságaival van összefüggésben. Ha egy rövid impulzus Fourier-transzformáltját vesszük, széles spektrumot kapunk. Ez az analógia nem áll fenn az antenna sugárzási mintázatának meghatározásakor. A sugárzási minta az antenna mentén mért áram- vagy feszültségeloszlás Fourier-transzformáltjaként fogható fel. Ezért a kis antennák széles sugárzási mintázattal (és alacsony irányítottsággal) rendelkeznek. Nagy, egyenletes feszültség- vagy árameloszlású antennák Nagyon irányított mintázattal (és magas irányítottsággal).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Weboldal: www.rf-miso.com
Közzététel ideje: 2023. november 7.
