Co je směrovost antény?
Rychlá odpověď:Směrovost antény popisuje, jak silně anténa koncentruje vyzářený výkon v určitém směru ve srovnání s ideálním izotropním zářičem. Izotropní zářič má směrovost 1 neboli 0 dBi.
Vyšší směrovost vytváří užší a soustředěnější vyzařovací diagram, zatímco nižší směrovost poskytuje širší úhlové pokrytí. Směrovost závisí na tvaru vyzařovacího diagramu a nezahrnuje ztráty antény.
Normalizovaný vyzařovací diagram lze vyjádřit ve sférických souřadnicích jako:
Normalizovaný vyzařovací diagram
Vzorec pro směrovost antény
Normalizovaný vyzařovací diagram má stejný tvar jako původní diagram, ale jeho maximální hodnota je upravena na 1. Směrovost antény, zapsaná jakoD, porovnává maximální intenzitu záření s průměrnou intenzitou záření ve všech směrech.
Jmenovatel rovnice představuje celkový vyzařovací diagram integrovaný přes kouli. Vydělení špičkové hodnoty tímto prostorovým průměrem ukazuje, jak silně anténa koncentruje energii ve svém hlavním směru.
Směrovost vs. zisk
Směrovost popisuje pouze to, jak je vyzařovací diagram koncentrován. Zisk antény také zohledňuje vyzařovací účinnost, včetně ztrát vedením a dielektriky.
Vztah jeG = ηD, kdeGje zisk,ηje účinnost záření aDje směrovost. Bezztrátová anténa má zisk rovný své směrovosti; u skutečné antény je zisk obvykle nižší. Obě hodnoty se běžně vyjadřují v dBi, pokud se vztahují k izotropnímu zářiči.
Příklad výpočtu směrovosti
Jako příklad uvažujme následující dvě rovnice pro vyzařovací diagram dvou antén.
Anténa 1
Anténa 2
Vyzařovací diagram a směrovost
Následující vzory se mění v závislosti na polárním úhluθa předpokládá se, že zůstávají konstantní s azimutem. Anténa 1 rozptyluje své záření do většího prostoru, zatímco anténa 2 koncentruje více energie kolem svého hlavního směru.
Protože užší hlavní paprsek představuje větší koncentraci vyzářeného výkonu, očekává se, že anténa 2 bude mít vyšší směrovost.
Obrázek 1. Porovnání dvou normalizovaných vyzařovacích diagramů. Koncentrovanější diagram má vyšší směrovost.
Výsledky výpočtu směrovosti
Aplikace rovnice směrovosti na dva příkladné vzory dává:
- Anténa 1:D = 1,273 neboli 1,05 dBi
- Anténa 2:D = 2,707 neboli 4,32 dBi
Anténa 2 má vyšší směrovost, protože její záření je více koncentrováno kolem směru vrcholu. Jako reference 0 dBi je použit izotropní zářič, i když se jedná spíše o ideální model než o realizovatelnou fyzickou anténu.
Aplikace s vysokou vs. nízkou směrovostí
Antény s nízkou směrovostíposkytují široké úhlové pokrytí a jsou užitečné, když signály mohou přicházet z různých směrů, například z mobilních zařízení, autorádií ve vozidlech a obecného bezdrátového přístupu.
Vysoce směrové anténysoustředí energii do užšího paprsku. Jsou preferovány pro satelitní spojení, radar, dálkový průzkum Země a komunikaci mezi body, kde je známý požadovaný směr.
Níže uvedená tabulka ukazuje přibližné rozsahy směrovosti pro několik běžných typů antén.
Typické hodnoty směrovosti antény
| Typ antény | Přibližný směrový poměr | Přibližná směrovost (dBi) |
|---|---|---|
| Krátký dipól | 1,5 | 1,76 |
| Půlvlnný dipól | 1,64 | 2.15 |
| Patch anténa | 3,2–6,3 | 5–8 |
| Trychtýřová anténa | 10–100 | 10–20 |
| Parabolická anténa | 10–10 000 | 10–40 |
Tyto hodnoty jsou reprezentativní rozmezí. Skutečná směrovost závisí na frekvenci, elektrických rozměrech, geometrii, osvětlení a provozních podmínkách.
Jak se měří směrovost antény?
Směrovost se obvykle určuje z naměřeného vyzařovacího diagramu. Testovaná anténa je charakterizována v azimutu a elevaci a výsledná data o poli nebo výkonu jsou normalizována za účelem vytvoření trojrozměrného diagramu.
- Změřte relativní úroveň záření v požadovaném úhlovém rozsahu.
- Určete maximální intenzitu záření.
- Integrujte vyzařovací diagram v prostorovém úhlu pro získání prostorového průměru.
- Vydělte špičkovou intenzitu průměrnou intenzitou a výsledek vyjádřete jako poměr nebo v dBi.
Kontrolovanétestování anténpomáhá snižovat odrazy a nejistotu měření při vyhodnocování vyzařovacích diagramů, zisku, polarizace a směrovosti.
Jak velikost antény ovlivňuje směrovost
Elektrické rozměry silně ovlivňují vyzařovací diagram. Malá jednoprvková anténa obvykle vytváří široký paprsek a relativně nízkou směrovost. Zvětšení efektivní apertury ve vlnových délkách umožňuje anténě nebo soustavě vytvořit užší paprsek a dosáhnout vyšší směrovosti.
- Nižší směrovost:užitečné pro pokrytí široké oblasti a signály přicházející z více směrů.
- Vyšší směrovost:užitečné pro zaostřené spoje, vylepšenou úhlovou selektivitu a potlačení signálů mimo hlavní paprsek.
Směrovost není určena pouze fyzickou velikostí. Geometrie, rozložení proudu, rozteč a fázování polí, osvětlení clony a provozní frekvence – to vše ovlivňuje konečný vyzařovací diagram.
Užší paprsek obecně odpovídá vyšší směrovosti, ale také vyžaduje přesnější zaměřování a seřízení. Vztah mezi směrovostí, účinností a realizovaným výkonem vizúčinnost a zisk antény.
Často kladené otázky
Co je to směrovost antény jednoduše řečeno?
Je to míra toho, jak silně anténa koncentruje záření v jednom směru ve srovnání s průměrným zářením ve všech směrech.
Je směrovost antény totéž co zisk?
Ne. Směrovost popisuje koncentraci vyzařovacího diagramu, zatímco zisk zahrnuje i vyzařovací účinnost. Jejich vztah je G = ηD.
Co znamená směrovost 0 dBi?
Odpovídá ideálnímu izotropnímu zářiči s poměrem směrovosti 1. Je to reference používaná k vyjádření směrovosti v dBi.
Jak lze zvýšit směrovost antény?
Směrovost lze zvýšit zvětšením efektivní elektrické apertury, použitím reflektorů nebo čoček, vytvořením polí s řízenou amplitudou a fází nebo výběrem geometrie, která vytváří užší hlavní paprsek.
Znamená vyšší směrovost vždy lepší anténu?
Ne. Vyšší směrovost je výhodná, pokud je směr cíle známý, ale široké pokrytí může být důležitější pro mobilní nebo vícesměrové aplikace. Správná volba závisí na spoji, pokrytí, šířce pásma, účinnosti a požadavcích na instalaci.
Pokud potřebujete pomoc s výběrem nebo testováním antény pro vaši aplikaci,kontaktujte RF MISOnebo e-mailinfo@rf-miso.com.
Čas zveřejnění: 7. listopadu 2023
