Retningsberegning er en fundamental antenneparameter. Dette er et mål for, hvordan strålingsmønsteret for en retningsbestemt antenne er. En antenne, der stråler lige meget i alle retninger, vil have en retningsberegning lig med 1. (Dette svarer til nul decibel -0 dB).
Funktionen af sfæriske koordinater kan skrives som et normaliseret strålingsmønster:
[Ligning 1]
Et normaliseret strålingsmønster har samme form som det oprindelige strålingsmønster. Det normaliserede strålingsmønster reduceres med størrelsesordenen, således at strålingsmønsterets maksimale værdi er lig med 1. (Den største er ligning [1] for "F"). Matematisk skrives formlen for retningsbestemthed (type "D") som:
Dette kan virke som en kompliceret retningsbestemt ligning. Imidlertid er molekylernes strålingsmønstre af størst værdi. Nævneren repræsenterer den gennemsnitlige effekt, der udstråles i alle retninger. Ligningen er derefter et mål for den maksimale udstrålede effekt divideret med gennemsnittet. Dette giver antennens retningsvirkning.
Retningsbestemt paradigme
Som et eksempel kan du overveje de næste to ligninger for strålingsmønsteret for to antenner.
Antenne 1
Antenne 2
Disse strålingsmønstre er plottet i figur 1. Bemærk venligst, at strålingstilstanden kun er en funktion af polarvinklen theta(θ). Strålingsmønsteret er ikke en funktion af azimut. (Det azimutale strålingsmønster forbliver uændret). Strålingsmønsteret for den første antenne er mindre retningsbestemt end strålingsmønsteret for den anden antenne. Derfor forventer vi, at retningsvirkningen er lavere for den første antenne.
Figur 1. Strålingsmønsterdiagram for en antenne. Har høj retningsvirkning?
Ved hjælp af formel [1] kan vi beregne, at antennen har højere retningsvirkning. For at kontrollere din forståelse kan du overveje figur 1 og se, hvad retningsvirkning er. Bestem derefter, hvilken antenne der har højere retningsvirkning, uden at bruge matematik.
Resultater af retningsberegning, brug formel [1]:
Beregning af retningsbestemt antenne 1, 1,273 (1,05 dB).
Beregning af retningsbestemt antenne 2, 2,707 (4,32 dB).
Øget retningsbestemthed betyder en mere fokuseret eller retningsbestemt antenne. Det betyder, at en 2-modtagerantenne har 2,707 gange den retningsbestemte effekt af sin top end en omnidirektionel antenne. Antenne 1 vil få 1,273 gange effekten af en omnidirektionel antenne. Omnidirektionelle antenner bruges som en fælles reference, selvom der ikke findes isotrope antenner.
Mobiltelefonantenner bør have en lav retningsvirkning, fordi signaler kan komme fra alle retninger. I modsætning hertil har parabolantenner høj retningsvirkning. En parabolantenne modtager signaler fra en fast retning. Hvis du for eksempel får en satellit-tv-parabol, vil udbyderen fortælle dig, hvor du skal pege den hen, og parabolen vil modtage det ønskede signal.
Vi afslutter med en liste over antennetyper og deres retningsvirkning. Dette vil give dig en idé om, hvilken retningsvirkning der er almindelig.
Antennetype Typisk retningsvirkning Typisk retningsvirkning [decibel] (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 ovenstående data viser, varierer antennens retningsvirkning meget. Derfor er det vigtigt at forstå retningsvirkningen, når du vælger den bedste antenne til din specifikke anvendelse. Hvis du har brug for at sende eller modtage energi fra flere retninger i én retning, bør du designe en antenne med lav retningsvirkning. Eksempler på anvendelser af antenner med lav retningsvirkning omfatter bilradioer, mobiltelefoner og trådløs internetadgang fra computere. Omvendt, hvis du bruger fjernmåling eller målrettet strømoverførsel, vil en meget retningsbestemt antenne være nødvendig. Meget retningsbestemte antenner vil maksimere strømoverførslen fra den ønskede retning og reducere signaler fra uønskede retninger.
Antag, at vi ønsker en antenne med lav retningsvirkning. Hvordan gør vi det?
Den generelle regel i antenneteori er, at man har brug for en elektrisk lille antenne for at producere lav retningsvirkning. Det vil sige, at hvis man bruger en antenne med en samlet størrelse på 0,25-0,5 bølgelængder, minimerer man retningsvirkningen. Halvbølgede dipolantenner eller halvbølgelængde-slotantenner har typisk mindre end 3 dB retningsvirkning. Dette er den laveste retningsvirkning, man kan opnå i praksis.
I sidste ende kan vi ikke lave antenner mindre end en kvart bølgelængde uden at reducere antennens effektivitet og båndbredde. Antenneeffektivitet og antennebåndbredde vil blive diskuteret i fremtidige kapitler.
For en antenne med høj retningsvirkning skal vi bruge antenner med mange bølgelængder. For eksempel parabolantenner og hornantenner har høj retningsvirkning. Dette skyldes dels, at de har mange bølgelængder.
Hvorfor det? I sidste ende har årsagen at gøre med egenskaberne ved Fourier-transformationen. Når man tager Fourier-transformationen af en kort puls, får man et bredt spektrum. Denne analogi er ikke til stede ved bestemmelsen af en antennes strålingsmønster. Strålingsmønsteret kan betragtes som Fourier-transformationen af fordelingen af strøm eller spænding langs antennen. Derfor har små antenner brede strålingsmønstre (og lav retningsvirkning). Antenner med stor, ensartet spændings- eller strømfordeling Meget retningsmæssige mønstre (og høj retningsvirkning).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Hjemmeside: www.rf-miso.com
Opslagstidspunkt: 7. november 2023
