Što je usmjerenost antene?
Brzi odgovor:Usmjernost antene opisuje koliko snažno antena koncentrira izračenu snagu u određenom smjeru u usporedbi s idealnim izotropnim radijatorom. Izotropni radijator ima usmjerenost od 1 ili 0 dBi.
Veća usmjerenost stvara uži, fokusiraniji dijagram zračenja, dok niža usmjerenost pruža širu kutnu pokrivenost. Usmjerenost ovisi o obliku dijagrama zračenja i ne uključuje gubitke antene.
Normalizirani dijagram zračenja može se izraziti u sfernim koordinatama kao:
Normalizirani dijagram zračenja
Formula usmjerenosti antene
Normalizirani dijagram zračenja ima isti oblik kao i izvorni dijagram, ali mu je maksimalna vrijednost skalirana na 1. Usmjerenost antene, zapisana kaoD, uspoređuje maksimalni intenzitet zračenja s prosječnim intenzitetom zračenja u svim smjerovima.
Nazivnik jednadžbe predstavlja ukupni uzorak integriran preko sfere. Dijeljenje vršne vrijednosti s ovim prostornim prosjekom pokazuje koliko snažno antena koncentrira energiju u svom glavnom smjeru.
Usmjerenost u odnosu na pojačanje
Usmjerenost opisuje samo kako je dijagram zračenja koncentriran. Pojačanje antene također uzima u obzir učinkovitost zračenja, uključujući konduktivne i dielektrične gubitke.
Odnos jeG = ηD, gdjeGje dobitak,ηje učinkovitost zračenja, iDje usmjerenost. Antena bez gubitaka ima pojačanje jednako svojoj usmjerenosti; u stvarnoj anteni pojačanje je obično niže. Obje vrijednosti se obično izražavaju u dBi kada se odnose na izotropni radijator.
Primjer izračuna usmjerenosti
Kao primjer, razmotrimo sljedeće dvije jednadžbe za dijagram zračenja dviju antena.
Antena 1
Antena 2
Dijagram zračenja i usmjerenost
Sljedeći obrasci variraju ovisno o polarnom kutuθi pretpostavlja se da ostaju konstantne s azimutom. Antena 1 širi svoje zračenje šire, dok Antena 2 koncentrira više energije oko svog glavnog smjera.
Budući da uži glavni snop predstavlja veću koncentraciju izračene snage, očekuje se da će Antena 2 imati veću usmjerenost.
Slika 1. Usporedba dvaju normaliziranih dijagrama zračenja. Koncentriraniji dijagram ima veću usmjerenost.
Rezultati izračuna usmjerenosti
Primjenom jednadžbe usmjerenosti na dva primjera uzorka dobiva se:
- Antena 1:D = 1,273 ili 1,05 dBi
- Antena 2:D = 2,707 ili 4,32 dBi
Antena 2 ima veću usmjerenost jer je njezino zračenje koncentriranije oko smjera vrha. Izotropni radijator se koristi kao referenca od 0 dBi iako je to idealan model, a ne ostvariva fizička antena.
Primjene visoke i niske usmjerenosti
Antene niske usmjerenostipružaju široku kutnu pokrivenost i korisni su kada signali mogu stići iz različitih smjerova, kao što su mobilni uređaji, radio uređaji u vozilima i opći bežični pristup.
Antene visoke usmjerenostifokusiraju energiju u uži snop. Poželjni su za satelitske veze, radar, daljinsko istraživanje i komunikaciju od točke do točke gdje je željeni smjer poznat.
Donja tablica prikazuje približne raspone usmjerenosti za nekoliko uobičajenih tipova antena.
Tipične vrijednosti usmjerenosti antene
| Vrsta antene | Približan omjer usmjerenosti | Približna usmjerenost (dBi) |
|---|---|---|
| Kratki dipol | 1,5 | 1,76 |
| Poluvalni dipol | 1,64 | 2.15 |
| Patch antena | 3.2-6.3 | 5-8 |
| Rožna antena | 10-100 | 10-20 |
| Satenska antena | 10-10.000 | 10-40 |
Ove vrijednosti su reprezentativni rasponi. Stvarna usmjerenost ovisi o frekvenciji, električnoj veličini, geometriji, osvjetljenosti i radnim uvjetima.
Kako se mjeri usmjerenost antene?
Usmjerenost se obično određuje iz izmjerenog dijagrama zračenja. Ispitivana antena karakterizira se preko azimuta i elevacije, a rezultirajući podaci o polju ili snazi normaliziraju se kako bi se stvorio trodimenzionalni uzorak.
- Izmjerite relativnu razinu zračenja u potrebnom kutnom rasponu.
- Odredite maksimalni intenzitet zračenja.
- Integrirajte dijagram zračenja po prostornom kutu kako biste dobili prostorni prosjek.
- Podijelite vršni intenzitet s prosječnim intenzitetom i izrazite rezultat kao omjer ili u dBi.
Kontroliranotestiranje antenepomaže u smanjenju refleksija i nesigurnosti mjerenja pri procjeni uzoraka zračenja, pojačanja, polarizacije i usmjerenosti.
Kako veličina antene utječe na usmjerenost
Električna veličina snažno utječe na dijagram zračenja. Mala antena s jednim elementom obično proizvodi široki snop i relativno nisku usmjerenost. Povećanje efektivnog otvora u valnim duljinama omogućuje anteni ili nizu da formiraju uži snop i postignu veću usmjerenost.
- Donja usmjerenost:korisno za pokrivanje širokog područja i signale koji dolaze iz više smjerova.
- Veća usmjerenost:korisno za fokusirane veze, poboljšanu kutnu selektivnost i odbacivanje signala izvan glavnog snopa.
Usmjerenost nije određena samo fizičkom veličinom. Geometrija, raspodjela struje, razmak i fazenje antenskih nizova, osvjetljenje otvora blende i radna frekvencija utječu na konačni dijagram zračenja.
Uži snop općenito odgovara većoj usmjerenosti, ali također zahtijeva preciznije usmjeravanje i poravnanje. Za odnos između usmjerenosti, učinkovitosti i ostvarenih performansi, pogledajteučinkovitost i pojačanje antene.
Često postavljana pitanja
Što je usmjerenost antene jednostavnim riječima?
To je mjera koliko snažno antena koncentrira zračenje u jednom smjeru u usporedbi s prosječnim zračenjem u svim smjerovima.
Je li usmjerenost antene isto što i pojačanje?
Ne. Usmjerenost opisuje koncentraciju uzorka, dok pojačanje također uključuje učinkovitost zračenja. Njihov odnos je G = ηD.
Što znači usmjerenost od 0 dBi?
To odgovara idealnom izotropnom radijatoru s omjerom usmjerenosti od 1. To je referenca koja se koristi za izražavanje usmjerenosti u dBi.
Kako se može povećati usmjerenost antene?
Usmjerenost se može povećati povećanjem efektivnog električnog otvora, korištenjem reflektora ili leća, formiranjem nizova s kontroliranom amplitudom i fazom ili odabirom geometrije koja proizvodi uži glavni snop.
Znači li veća usmjerenost uvijek bolju antenu?
Ne. Veća usmjerenost je korisna kada je smjer cilja poznat, ali široka pokrivenost može biti važnija za mobilne ili višesmjerne aplikacije. Ispravan izbor ovisi o vezi, pokrivenosti, propusnosti, učinkovitosti i zahtjevima instalacije.
Za pomoć pri odabiru ili testiranju antene za vašu primjenu,kontaktirajte RF MISOili e-poštominfo@rf-miso.com.
Vrijeme objave: 07.11.2023.
