Čo je smerovosť antény?
Rýchla odpoveď:Smerovosť antény opisuje, ako silno anténa koncentruje vyžarovaný výkon v určitom smere v porovnaní s ideálnym izotropným žiaričom. Izotropný žiarič má smerovosť 1 alebo 0 dBi.
Vyššia smerovosť vytvára užší a cielenejší vyžarovací diagram, zatiaľ čo nižšia smerovosť poskytuje širšie uhlové pokrytie. Smerovosť závisí od tvaru vyžarovacieho diagramu a nezahŕňa straty antény.
Normalizovaný vyžarovací diagram možno vyjadriť vo sférických súradniciach ako:
Normalizovaný vyžarovací diagram
Vzorec pre smerovosť antény
Normalizovaný vyžarovací diagram má rovnaký tvar ako pôvodný diagram, ale jeho maximálna hodnota je upravená na 1. Smerovosť antény, zapísaná akoD, porovnáva maximálnu intenzitu žiarenia s priemernou intenzitou žiarenia vo všetkých smeroch.
Menovateľ rovnice predstavuje celkový diagram integrovaný cez guľu. Vydelenie špičkovej hodnoty týmto priestorovým priemerom ukazuje, ako silno anténa koncentruje energiu vo svojom hlavnom smere.
Smerovosť verzus zisk
Smerovosť opisuje iba to, ako je vyžarovací diagram koncentrovaný. Zisk antény zohľadňuje aj účinnosť žiarenia vrátane strát vedením a dielektrikou.
Vzťah jeG = ηD, kdeGje zisk,ηje účinnosť žiarenia aDje smerovosť. Bezstratová anténa má zisk rovný svojej smerovosti; v skutočnej anténe je zisk zvyčajne nižší. Obe hodnoty sa bežne vyjadrujú v dBi, keď sa vzťahujú na izotropný žiarič.
Príklad výpočtu smerovosti
Ako príklad si uveďme nasledujúce dve rovnice pre vyžarovací diagram dvoch antén.
Anténa 1
Anténa 2
Vyžarovací diagram a smerovosť
Nasledujúce vzory sa líšia v závislosti od polárneho uhlaθa predpokladá sa, že zostávajú konštantné s azimutom. Anténa 1 rozptyľuje svoje žiarenie do širšieho smeru, zatiaľ čo anténa 2 sústreďuje viac energie okolo svojho hlavného smeru.
Keďže užší hlavný lúč predstavuje väčšiu koncentráciu vyžarovaného výkonu, očakáva sa, že anténa 2 bude mať vyššiu smerovosť.
Obrázok 1. Porovnanie dvoch normalizovaných vyžarovacích diagramov. Koncentrovanejší diagram má vyššiu smerovosť.
Výsledky výpočtu smerovosti
Aplikácia rovnice smerovosti na dva príkladové vzory dáva:
- Anténa 1:D = 1,273 alebo 1,05 dBi
- Anténa 2:D = 2,707 alebo 4,32 dBi
Anténa 2 má vyššiu smerovosť, pretože jej žiarenie je viac koncentrované okolo smeru vrcholu. Ako referencia 0 dBi sa používa izotropný žiarič, aj keď ide skôr o ideálny model ako o realizovateľnú fyzickú anténu.
Aplikácie s vysokou a nízkou smerovosťou
Antény s nízkou smerovosťouposkytujú široké uhlové pokrytie a sú užitočné, keď signály môžu prichádzať z rôznych smerov, napríklad z mobilných zariadení, rádií vo vozidlách a všeobecného bezdrôtového prístupu.
Antény s vysokou smerovosťousústreďujú energiu do užšieho lúča. Sú preferované pre satelitné spojenia, radar, diaľkový prieskum Zeme a komunikáciu medzi bodmi, kde je známy požadovaný smer.
V tabuľke nižšie sú uvedené približné rozsahy smerovosti pre niekoľko bežných typov antén.
Typické hodnoty smerovosti antény
| Typ antény | Približný pomer smerovosti | Približná smerovosť (dBi) |
|---|---|---|
| Krátky dipól | 1,5 | 1,76 |
| Polvlnný dipól | 1,64 | 2.15 |
| Patch anténa | 3,2 – 6,3 | 5-8 |
| Trúbková anténa | 10 – 100 | 10 – 20 |
| Parabolická anténa | 10 – 10 000 | 10 – 40 |
Tieto hodnoty sú reprezentatívne rozsahy. Skutočná smerovosť závisí od frekvencie, elektrických rozmerov, geometrie, osvetlenia a prevádzkových podmienok.
Ako sa meria smerovosť antény?
Smerovosť sa bežne určuje z nameraného vyžarovacieho diagramu. Testovaná anténa sa charakterizuje v azimute a elevácii a výsledné údaje o poli alebo výkone sa normalizujú, aby sa vytvoril trojrozmerný diagram.
- Zmerajte relatívnu úroveň žiarenia v požadovanom uhlovom rozsahu.
- Určte maximálnu intenzitu žiarenia.
- Integrujte vyžarovací diagram v priestorovom uhle, aby ste získali priestorový priemer.
- Vydeľte špičkovú intenzitu priemernou intenzitou a výsledok vyjadrite ako pomer alebo v dBi.
Kontrolovanétestovanie anténpomáha znižovať odrazy a neistotu merania pri hodnotení vyžarovacích diagramov, zisku, polarizácie a smerovosti.
Ako veľkosť antény ovplyvňuje smerovosť
Elektrické rozmery silne ovplyvňujú vyžarovací diagram. Malá jednoprvková anténa zvyčajne vytvára široký lúč a relatívne nízku smerovosť. Zvýšenie efektívnej apertúry vo vlnových dĺžkach umožňuje anténe alebo sústave vytvoriť užší lúč a dosiahnuť vyššiu smerovosť.
- Nižšia smerovosť:užitočné pre pokrytie širokej oblasti a signály prichádzajúce z viacerých smerov.
- Vyššia smerovosť:užitočné pre zaostrené spojenia, zlepšenú uhlovú selektivitu a potlačenie signálov mimo hlavného lúča.
Smerovosť nie je určená len fyzickou veľkosťou. Geometria, rozloženie prúdu, rozostup a fázovanie sústav, osvetlenie clony a prevádzková frekvencia ovplyvňujú konečný vyžarovací diagram.
Užší lúč vo všeobecnosti zodpovedá vyššej smerovosti, ale vyžaduje si aj presnejšie nasmerovanie a zarovnanie. Vzťah medzi smerovosťou, účinnosťou a dosiahnutým výkonom nájdete v častiúčinnosť a zisk antény.
Často kladené otázky
Čo je to smerovosť antény v jednoduchých vyjadreniach?
Je to miera toho, ako silno anténa koncentruje žiarenie v jednom smere v porovnaní s priemerným žiarením vo všetkých smeroch.
Je smerovosť antény to isté ako zisk?
Nie. Smerovosť opisuje koncentráciu vzoru, zatiaľ čo zisk zahŕňa aj účinnosť žiarenia. Ich vzťah je G = ηD.
Čo znamená smerovosť 0 dBi?
Zodpovedá ideálnemu izotropnému žiariču s pomerom smerovosti 1. Je to referencia používaná na vyjadrenie smerovosti v dBi.
Ako sa dá zvýšiť smerovosť antény?
Smerovosť sa dá zvýšiť zväčšením efektívnej elektrickej apertúry, použitím reflektorov alebo šošoviek, vytvorením polí s riadenou amplitúdou a fázou alebo výberom geometrie, ktorá vytvára užší hlavný lúč.
Znamená vyššia smerovosť vždy lepšiu anténu?
Nie. Vyššia smerovosť je výhodná, keď je známy smer cieľa, ale široké pokrytie môže byť dôležitejšie pre mobilné alebo viacsmerové aplikácie. Správna voľba závisí od linky, pokrytia, šírky pásma, účinnosti a požiadaviek na inštaláciu.
Ak potrebujete pomoc s výberom alebo testovaním antény pre vašu aplikáciu,kontaktujte RF MISOalebo e-mailinfo@rf-miso.com.
Čas príspevku: 7. novembra 2023
