Směrovost je základní parametr antény. Je to míra vyzařovacího diagramu směrové antény. Anténa, která vyzařuje rovnoměrně do všech směrů, bude mít směrovost rovnou 1. (To odpovídá nule decibelů -0 dB).
Funkci sférických souřadnic lze zapsat jako normalizovaný vyzařovací diagram:
[Rovnice 1]
Normalizovaný vyzařovací diagram má stejný tvar jako původní vyzařovací diagram. Normalizovaný vyzařovací diagram je zmenšen o velikost tak, že maximální hodnota vyzařovacího diagramu je rovna 1. (Největší je rovnice [1] pro "F"). Matematicky se vzorec pro směrovost (typ "D") zapisuje jako:
Může se to zdát jako složitá směrová rovnice. Největší hodnotu však mají vyzařovací diagramy molekul. Jmenovatel představuje průměrný vyzářený výkon ve všech směrech. Rovnice je pak mírou špičkového vyzářeného výkonu děleného průměrem. To udává směrovost antény.
Směrové paradigma
Jako příklad uvažujme následující dvě rovnice pro vyzařovací diagram dvou antén.
Anténa 1
Anténa 2
Tyto vyzařovací diagramy jsou znázorněny na obrázku 1. Upozorňujeme, že vyzařovací režim je pouze funkcí polárního úhlu theta(θ). Vyzařovací diagram není funkcí azimutu. (Azimutální vyzařovací diagram zůstává nezměněn). Vyzařovací diagram první antény je méně směrový než vyzařovací diagram druhé antény. Proto očekáváme, že směrovost první antény bude nižší.
obrázek 1. Diagram vyzařovacího diagramu antény. Má vysokou směrovost?
Pomocí vzorce [1] můžeme vypočítat, že anténa má vyšší směrovost. Pro ověření vašich znalostí se zamyslete nad obrázkem 1 a nad tím, co je směrovost. Poté bez použití matematických výpočtů určete, která anténa má vyšší směrovost.
Výsledky směrového výpočtu, použijte vzorec [1]:
Výpočet směrové antény 1, 1,273 (1,05 dB).
Výpočet směrové antény 2, 2,707 (4,32 dB).
Zvýšená směrovost znamená více zaostřenou nebo směrovou anténu. To znamená, že anténa se 2 přijímacími anténami má 2,707krát větší směrový výkon než její vrchol než všesměrová anténa. Anténa 1 získá 1,273krát větší výkon než všesměrová anténa. Všesměrové antény se používají jako společná reference, i když neexistují žádné izotropní antény.
Antény mobilních telefonů by měly mít nízkou směrovost, protože signály mohou přicházet z jakéhokoli směru. Naproti tomu satelitní antény mají vysokou směrovost. Satelitní anténa přijímá signály z pevného směru. Například pokud si pořídíte satelitní televizní anténu, společnost vám řekne, kam ji máte namířit, a anténa bude přijímat požadovaný signál.
Zakončíme seznamem typů antén a jejich směrovosti. To vám dá představu o tom, jaká směrovost je běžná.
Typ antény Typická směrovost Typická směrovost [decibel] (dB)
Krátká dipólová anténa 1,5 1,76
Půlvlnná dipólová anténa 1,64 2,15
Patch (mikropásková anténa) 3,2–6,3 5–8
Trychtýřová anténa 10-100 10-20
Parabolická anténa 10–10 000 10–40
Jak ukazují výše uvedená data, směrovost antény se značně liší. Proto je důležité porozumět směrovosti při výběru nejlepší antény pro vaši konkrétní aplikaci. Pokud potřebujete odesílat nebo přijímat energii z více směrů jedním směrem, měli byste navrhnout anténu s nízkou směrovostí. Příklady aplikací pro antény s nízkou směrovostí zahrnují autorádia, mobilní telefony a bezdrátový přístup k internetu v počítačích. Naopak, pokud provádíte dálkový průzkum Země nebo cílený přenos energie, bude zapotřebí vysoce směrová anténa. Vysoce směrové antény maximalizují přenos energie z požadovaného směru a omezí signály z nežádoucích směrů.
Předpokládejme, že chceme anténu s nízkou směrovostí. Jak to uděláme?
Obecným pravidlem teorie antén je, že pro dosažení nízké směrovosti potřebujete elektricky malou anténu. To znamená, že pokud použijete anténu o celkové velikosti 0,25 - 0,5 vlnové délky, minimalizujete směrovost. Půlovlnné dipólové antény nebo štěrbinové antény s poloviční vlnovou délkou mají obvykle směrovost menší než 3 dB. To je nejnižší směrovost, které lze v praxi dosáhnout.
V konečném důsledku nemůžeme vyrobit antény menší než čtvrtina vlnové délky, aniž bychom snížili účinnost antény a její šířku pásma. Účinnost antény a šířka pásma antény budou probrány v dalších kapitolách.
Pro anténu s vysokou směrovostí budeme potřebovat antény o různých vlnových délkách. Například satelitní parabolické antény a trychtýřové antény mají vysokou směrovost. Částečně je to proto, že mají mnoho vlnových délek.
Proč tomu tak je? Důvod v konečném důsledku souvisí s vlastnostmi Fourierovy transformace. Když použijete Fourierovu transformaci krátkého impulsu, získáte široké spektrum. Tato analogie chybí při určování vyzařovacího diagramu antény. Vyzařovací diagram lze považovat za Fourierovu transformaci rozložení proudu nebo napětí podél antény. Proto mají malé antény široké vyzařovací diagramy (a nízkou směrovost). Antény s velkým rovnoměrným rozložením napětí nebo proudu Velmi směrové diagramy (a vysokou směrovost).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Webová stránka: www.rf-miso.com
Čas zveřejnění: 7. listopadu 2023
