Smerovosť je základný parameter antény. Je to miera vyžarovacieho diagramu smerovej antény. Anténa, ktorá vyžaruje rovnomerne vo všetkých smeroch, bude mať smerovosť rovnú 1. (To je ekvivalent nula decibelov -0 dB).
Funkciu sférických súradníc možno zapísať ako normalizovaný vyžarovací diagram:
[Rovnica 1]
Normalizovaný vyžarovací diagram má rovnaký tvar ako pôvodný vyžarovací diagram. Normalizovaný vyžarovací diagram sa zmenší o magnitúdu tak, aby maximálna hodnota vyžarovacieho diagramu sa rovnala 1. (Najväčšia je rovnica [1] pre „F“). Matematicky sa vzorec pre smerovosť (typ „D“) zapisuje ako:
Toto sa môže zdať ako zložitá smerová rovnica. Najväčšiu hodnotu však majú vyžarovacie diagramy molekúl. Menovateľ predstavuje priemerný vyžarovaný výkon vo všetkých smeroch. Rovnica je potom mierou špičkového vyžarovaného výkonu vydeleného priemerom. To dáva smerovosť antény.
Smerová paradigma
Ako príklad si uveďme nasledujúce dve rovnice pre vyžarovací diagram dvoch antén.
Anténa 1
Anténa 2
Tieto vyžarovacie diagramy sú znázornené na obrázku 1. Upozorňujeme, že vyžarovací mód je iba funkciou polárneho uhla theta(θ). Vyžarovací diagram nie je funkciou azimutu. (Azimutálny vyžarovací diagram zostáva nezmenený). Vyžarovací diagram prvej antény je menej smerový ako vyžarovací diagram druhej antény. Preto očakávame, že smerovosť prvej antény bude nižšia.
obrázok 1. Schéma vyžarovacieho diagramu antény. Má vysokú smerovosť?
Pomocou vzorca [1] môžeme vypočítať, že anténa má vyššiu smerovosť. Pre overenie vášho pochopenia si predstavte obrázok 1 a čo je smerovosť. Potom určite, ktorá anténa má vyššiu smerovosť, bez použitia matematických výpočtov.
Výsledky smerového výpočtu, použite vzorec [1]:
Výpočet smerovej antény 1, 1,273 (1,05 dB).
Výpočet smerovej antény 2, 2,707 (4,32 dB).
Zvýšená smerovosť znamená viac zaostrenú alebo smerovú anténu. To znamená, že prijímacia anténa s 2 anténami má 2,707-násobok smerového výkonu svojho vrcholu ako všesmerová anténa. Anténa 1 dostane 1,273-násobok výkonu všesmerovej antény. Všesmerové antény sa používajú ako spoločná referencia, aj keď neexistujú žiadne izotropné antény.
Antény mobilných telefónov by mali mať nízku smerovosť, pretože signály môžu prichádzať z akéhokoľvek smeru. Naproti tomu satelitné paraboly majú vysokú smerovosť. Satelitná parabola prijíma signály z pevného smeru. Napríklad, ak si zaobstaráte satelitnú televíznu parabolu, spoločnosť vám povie, kam ju máte nasmerovať, a parabola prijme požadovaný signál.
Na záver uvedieme zoznam typov antén a ich smerovosť. To vám poskytne predstavu o tom, aká smerovosť je bežná.
Typ antény Typická smerovosť Typická smerovosť [decibel] (dB)
Krátka dipólová anténa 1,5 1,76
Polvlnová dipólová anténa 1,64 2,15
Patch (mikropásková anténa) 3,2 – 6,3 5 – 8
Trúbková anténa 10-100 10-20
Parabolická anténa 10 – 10 000 10 – 40
Ako ukazujú vyššie uvedené údaje, smerovosť antény sa značne líši. Preto je dôležité pochopiť smerovosť pri výbere najlepšej antény pre vašu konkrétnu aplikáciu. Ak potrebujete odosielať alebo prijímať energiu z viacerých smerov jedným smerom, mali by ste navrhnúť anténu s nízkou smerovosťou. Medzi príklady aplikácií antén s nízkou smerovosťou patria autorádiá, mobilné telefóny a bezdrôtový prístup na internet v počítačoch. Naopak, ak vykonávate diaľkový prieskum Zeme alebo cielený prenos energie, bude potrebná vysoko smerová anténa. Vysoko smerové antény maximalizujú prenos energie z požadovaného smeru a znížia signály z nechcených smerov.
Predpokladajme, že chceme anténu s nízkou smerovosťou. Ako to urobíme?
Všeobecným pravidlom teórie antén je, že na dosiahnutie nízkej smerovosti potrebujete elektricky malú anténu. To znamená, že ak použijete anténu s celkovou veľkosťou 0,25 – 0,5 vlnovej dĺžky, minimalizujete smerovosť. Polvlnné dipólové antény alebo štrbinové antény s polovičnou vlnovou dĺžkou majú zvyčajne smerovosť menej ako 3 dB. To je najnižšia smerovosť, ktorú môžete v praxi dosiahnuť.
V konečnom dôsledku nemôžeme vyrobiť antény menšie ako štvrtina vlnovej dĺžky bez zníženia účinnosti antény a šírky pásma antény. Účinnosť antény a šírka pásma antény budú prediskutované v ďalších kapitolách.
Pre anténu s vysokou smerovosťou budeme potrebovať antény s rôznymi vlnovými dĺžkami. Napríklad satelitné parabolické antény a trychtýrové antény majú vysokú smerovosť. Je to čiastočne preto, že majú veľa vlnových dĺžok.
Prečo je to tak? V konečnom dôsledku dôvod súvisí s vlastnosťami Fourierovej transformácie. Keď použijete Fourierovu transformáciu krátkeho impulzu, získate široké spektrum. Táto analógia nie je prítomná pri určovaní vyžarovacieho diagramu antény. Vyžarovací diagram si možno predstaviť ako Fourierovu transformáciu rozloženia prúdu alebo napätia pozdĺž antény. Preto majú malé antény široké vyžarovacie diagramy (a nízku smerovosť). Antény s veľkým rovnomerným rozložením napätia alebo prúdu Veľmi smerové diagramy (a vysoká smerovosť).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefón: 0086-028-82695327
Webová stránka: www.rf-miso.com
Čas uverejnenia: 7. novembra 2023
