Retningsberegning er en grunnleggende antenneparameter. Dette er et mål på hvordan strålingsmønsteret til en retningsantenne er. En antenne som stråler likt i alle retninger vil ha en retningsberegning lik 1. (Dette tilsvarer null desibel -0 dB).
Funksjonen til sfæriske koordinater kan skrives som et normalisert strålingsmønster:
[Likning 1]
Et normalisert strålingsmønster har samme form som det opprinnelige strålingsmønsteret. Det normaliserte strålingsmønsteret reduseres med magnitude slik at den maksimale verdien av strålingsmønsteret er lik 1. (Den største er ligning [1] av «F»). Matematisk sett skrives formelen for retningsbestemmelse (type «D») som:
Dette kan virke som en komplisert retningsligning. Imidlertid er strålingsmønstrene til molekylene av størst verdi. Nevneren representerer den gjennomsnittlige effekten som utstråles i alle retninger. Ligningen er da et mål på den maksimale utstrålte effekten delt på gjennomsnittet. Dette gir antennens retningsvirkning.
Retningsbestemt paradigme
Som et eksempel, vurder de neste to ligningene for strålingsmønsteret til to antenner.
Antenne 1
Antenne 2
Disse strålingsmønstrene er plottet i figur 1. Vær oppmerksom på at strålingsmodusen kun er en funksjon av polarvinkelen theta(θ). Strålingsmønsteret er ikke en funksjon av asimut. (Det asimutale strålingsmønsteret forblir uendret). Strålingsmønsteret til den første antennen er mindre retningsbestemt enn strålingsmønsteret til den andre antennen. Derfor forventer vi at retningsvirkningen vil være lavere for den første antennen.
Figur 1. Strålingsmønsterdiagram for en antenne. Har høy retningsvirkning?
Ved å bruke formel [1] kan vi beregne at antennen har høyere retningsvirkning. For å sjekke forståelsen din, tenk på figur 1 og hva retningsvirkning er. Bestem deretter hvilken antenne som har høyere retningsvirkning uten å bruke matematikk.
Resultater for retningsberegning, bruk formel [1]:
Beregning av retningsantenne 1, 1,273 (1,05 dB).
Beregning av retningsantenne 2, 2,707 (4,32 dB).
Økt retningsvirkning betyr en mer fokusert eller retningsbestemt antenne. Dette betyr at en 2-mottaksantenne har 2,707 ganger den retningsbestemte effekten til toppen enn en omnidireksjonal antenne. Antenne 1 vil få 1,273 ganger effekten til en omnidireksjonal antenne. Omnidireksjonale antenner brukes som en vanlig referanse selv om det ikke finnes isotrope antenner.
Mobiltelefonantenner bør ha lav retningsvirkning fordi signaler kan komme fra alle retninger. Parabolantenner har derimot høy retningsvirkning. En parabolantenne mottar signaler fra en fast retning. Hvis du for eksempel skaffer deg en parabol-TV-antenne, vil selskapet fortelle deg hvor du skal peke den, og parabolen vil motta det ønskede signalet.
Vi avslutter med en liste over antennetyper og deres retningsvirkning. Dette vil gi deg en idé om hvilken retningsvirkning som er vanlig.
Antennetype Typisk retningsvirkning Typisk retningsvirkning [desibel] (dB)
Kort dipolantenne 1,5 1,76
Halvbølgedipolantenne 1,64 2,15
Patch (mikrostripantenne) 3,2–6,3 5–8
Hornantenne 10–100 10–20
Parabolantenne 10–10 000 10–40
Som dataene ovenfor viser, varierer antennens retningsvirkning mye. Derfor er det viktig å forstå retningsvirkningen når du velger den beste antennen for ditt spesifikke bruksområde. Hvis du trenger å sende eller motta energi fra flere retninger i én retning, bør du designe en antenne med lav retningsvirkning. Eksempler på bruksområder for antenner med lav retningsvirkning inkluderer bilradioer, mobiltelefoner og trådløs internettilgang fra datamaskiner. Omvendt, hvis du bruker fjernmåling eller målrettet kraftoverføring, vil en svært retningsbestemt antenne være nødvendig. Høyt retningsbestemte antenner vil maksimere kraftoverføringen fra ønsket retning og redusere signaler fra uønskede retninger.
La oss si at vi ønsker en antenne med lav retningsvirkning. Hvordan gjør vi dette?
Den generelle regelen i antenneteori er at du trenger en elektrisk liten antenne for å produsere lav retningsvirkning. Det vil si at hvis du bruker en antenne med en total størrelse på 0,25–0,5 bølgelengde, vil du minimere retningsvirkningen. Halvbølgede dipolantenner eller spalteantenner med halv bølgelengde har vanligvis mindre enn 3 dB retningsvirkning. Dette er så lav retningsvirkning som du kan få i praksis.
Til syvende og sist kan vi ikke lage antenner mindre enn en kvart bølgelengde uten å redusere antennens effektivitet og båndbredde. Antenneeffektivitet og antennebåndbredde vil bli diskutert i fremtidige kapitler.
For en antenne med høy retningsvirkning trenger vi antenner med mange bølgelengdestørrelser. For eksempel parabolantenner og hornantenner har høy retningsvirkning. Dette er delvis fordi de har mange bølgelengder.
Hvorfor det? Til syvende og sist har årsaken å gjøre med egenskapene til Fourier-transformasjonen. Når du tar Fourier-transformasjonen av en kort puls, får du et bredt spektrum. Denne analogien er ikke tilstede når du bestemmer strålingsmønsteret til en antenne. Strålingsmønsteret kan betraktes som Fourier-transformasjonen av fordelingen av strøm eller spenning langs antennen. Derfor har små antenner brede strålingsmønstre (og lav retningsvirkning). Antenner med stor, jevn spennings- eller strømfordeling Svært retningsmønstre (og høy retningsvirkning).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Nettsted: www.rf-miso.com
Publisert: 07. november 2023
