Suuntavuus on antennin perusparametri. Se mittaa suunta-antennin säteilykuviota. Antennin, joka säteilee tasaisesti kaikkiin suuntiin, suuntavuus on 1. (Tämä vastaa nollaa desibeliä -0 dB).
Pallokoordinaattien funktio voidaan kirjoittaa normalisoituna säteilykuviona:
[Yhtälö 1]
Normalisoidulla säteilykuviolla on sama muoto kuin alkuperäisellä säteilykuviolla. Normalisoitua säteilykuviota pienennetään suuruusluvulla siten, että säteilykuvion maksimiarvo on 1. (Suurin on yhtälön [1] arvo "F":ssä). Matemaattisesti suuntakyvyn (tyyppi "D") kaava kirjoitetaan seuraavasti:
Tämä saattaa vaikuttaa monimutkaiselta suuntayhtälöltä. Molekyylien säteilykuviot ovat kuitenkin arvokkaimpia. Nimittäjä edustaa kaikkiin suuntiin säteilevän keskimääräisen tehon. Yhtälö on sitten huippusäteilytehon mitta jaettuna keskiarvolla. Tämä antaa antennin suuntaavuuden.
Suuntaparadigma
Esimerkkinä tarkastellaan seuraavia kahta yhtälöä kahden antennin säteilykuviolle.
Antenni 1
Antenni 2
Nämä säteilykuviot on esitetty kuvassa 1. Huomaa, että säteilymoodi on vain napakulman theeta(θ) funktio. Säteilykuvio ei ole atsimuutin funktio. (Atsimutaalinen säteilykuvio pysyy muuttumattomana). Ensimmäisen antennin säteilykuvio on vähemmän suuntaava kuin toisen antennin säteilykuvio. Siksi odotamme ensimmäisen antennin suuntaavuuden olevan alhaisempi.
kuva 1. Antennin säteilykuvio. Onko sillä korkea suuntaavuus?
Kaavan [1] avulla voimme laskea, että antennilla on korkeampi suuntaavuus. Tarkistaaksesi ymmärryksesi, mieti kuvaa 1 ja mitä suuntaavuus on. Määritä sitten, kummalla antennilla on korkeampi suuntaavuus, käyttämättä mitään matematiikkaa.
Suuntalaskennan tulokset, käytä kaavaa [1]:
Suunta-antennin 1 laskelma, 1,273 (1,05 dB).
Suunta-antennin 2 laskelma, 2,707 (4,32 dB).
Suurempi suuntaavuus tarkoittaa tarkempaa tai suuntaavampaa antennia. Tämä tarkoittaa, että kahden vastaanottavan antennin suuntateho on 2,707 kertaa suurempi kuin sen huipputeholla kuin monisuuntaisella antennilla. Antenni 1 saa 1,273 kertaa suuremman tehon kuin monisuuntainen antenni. Monisuuntaisia antenneja käytetään yleisenä referenssinä, vaikka isotrooppisia antenneja ei ole olemassakaan.
Matkapuhelinantennien suuntaavuuden tulisi olla alhainen, koska signaalit voivat tulla mistä tahansa suunnasta. Satelliittiantenneilla sitä vastoin on korkea suuntaavuus. Satelliittiantenni vastaanottaa signaaleja tietystä suunnasta. Esimerkiksi jos hankit satelliittitelevisioantennin, yritys kertoo sinulle, mihin se suunnataan, ja antenni vastaanottaa halutun signaalin.
Lopuksi listaamme antennityyppejä ja niiden suuntaavuutta. Tämä antaa sinulle käsityksen siitä, millainen suuntaaminen on yleistä.
Antennityyppi Tyypillinen suuntaavuus Tyypillinen suuntaavuus [desibeli] (dB)
Lyhyt dipoliantenni 1,5 1,76
Puoliaaltodipoliantenni 1,64 2,15
Patch (mikroliuska-antenni) 3,2–6,3 5–8
Torviantenni 10-100 10-20
Lautasantenni 10–10 000 10–40
Kuten yllä olevat tiedot osoittavat, antennin suuntaavuus vaihtelee suuresti. Siksi on tärkeää ymmärtää suuntaavuus valittaessa parasta antennia tiettyyn sovellukseen. Jos sinun on lähetettävä tai vastaanotettava energiaa useista suunnista yhteen suuntaan, sinun tulee suunnitella antenni, jolla on alhainen suuntaavuus. Esimerkkejä alhaisen suuntaavuuden antennien sovelluksista ovat autoradiot, matkapuhelimet ja tietokoneiden langaton internetyhteys. Toisaalta, jos teet kaukokartoitusta tai kohdennettua tehonsiirtoa, tarvitaan erittäin suuntaava antenni. Erittäin suuntaavat antennit maksimoivat tehonsiirron halutusta suunnasta ja vähentävät signaaleja ei-toivotuista suunnista.
Oletetaan, että haluamme matalan suuntaavuuden antennin. Miten teemme sen?
Antenniteorian yleissääntö on, että alhaisen suuntaavuuden aikaansaamiseksi tarvitaan sähköisesti pieni antenni. Toisin sanoen, jos käytät antennia, jonka kokonaiskoko on 0,25–0,5 aallonpituutta, suuntaavuus minimoituu. Puoliaaltodipoliantenneilla tai puoliaallonpituuden rakoantenneilla on tyypillisesti alle 3 dB:n suuntaavuus. Tämä on käytännössä saavutettavissa oleva alhainen suuntaavuus.
Viime kädessä emme voi tehdä alle neljännesaallonpituisia antenneja heikentämättä antennin hyötysuhdetta ja kaistanleveyttä. Antennin hyötysuhdetta ja kaistanleveyttä käsitellään tulevissa luvuissa.
Suuntaavuutta parantavan antennin saamiseksi tarvitsemme useiden aallonpituuksien antenneja. Esimerkiksi satelliittilautasantenneilla ja torviantenneilla on korkea suuntaavuus. Tämä johtuu osittain siitä, että ne ovat monen aallonpituuden pituisia.
Miksi näin on? Pohjimmiltaan syy liittyy Fourier-muunnoksen ominaisuuksiin. Kun otat lyhyen pulssin Fourier-muunnoksen, saat laajan spektrin. Tätä analogiaa ei esiinny antennin säteilykuvion määrittämisessä. Säteilykuviota voidaan ajatella virran tai jännitteen jakauman Fourier-muunnoksena antennin pitkin. Siksi pienillä antenneilla on laajat säteilykuviot (ja alhainen suuntaavuus). Antennit, joilla on suuri tasainen jännite- tai virtajakauma Hyvin suuntaavat kuviot (ja korkea suuntaavuus).
E-mail:info@rf-miso.com
Puhelin: 0086-028-82695327
Verkkosivusto: www.rf-miso.com
Julkaisun aika: 07.11.2023
