Η κατευθυντικότητα είναι μια θεμελιώδης παράμετρος της κεραίας. Πρόκειται για ένα μέτρο του τρόπου με τον οποίο διαμορφώνεται το διάγραμμα ακτινοβολίας μιας κατευθυντικής κεραίας. Μια κεραία που ακτινοβολεί εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις θα έχει κατευθυντικότητα ίση με 1. (Αυτό ισοδυναμεί με μηδέν ντεσιμπέλ -0 dB).
Η συνάρτηση των σφαιρικών συντεταγμένων μπορεί να γραφτεί ως ένα κανονικοποιημένο διάγραμμα ακτινοβολίας:
[Εξίσωση 1]
Ένα κανονικοποιημένο διάγραμμα ακτινοβολίας έχει το ίδιο σχήμα με το αρχικό διάγραμμα ακτινοβολίας. Το κανονικοποιημένο διάγραμμα ακτινοβολίας μειώνεται κατά μέγεθος έτσι ώστε η μέγιστη τιμή του διαγράμματος ακτινοβολίας να είναι ίση με 1. (Η μεγαλύτερη είναι η εξίσωση [1] του "F"). Μαθηματικά, ο τύπος για την κατευθυντικότητα (τύπος "D") γράφεται ως:
Αυτό μπορεί να φαίνεται σαν μια περίπλοκη κατευθυντική εξίσωση. Ωστόσο, τα πρότυπα ακτινοβολίας των μορίων έχουν τη μεγαλύτερη αξία. Ο παρονομαστής αντιπροσωπεύει τη μέση ισχύ που ακτινοβολείται προς όλες τις κατευθύνσεις. Η εξίσωση είναι στη συνέχεια ένα μέτρο της μέγιστης ακτινοβολούμενης ισχύος διαιρούμενης με τον μέσο όρο. Αυτό δίνει την κατευθυντικότητα της κεραίας.
Κατευθυντικό παράδειγμα
Για παράδειγμα, εξετάστε τις επόμενες δύο εξισώσεις για το διάγραμμα ακτινοβολίας δύο κεραιών.
Κεραία 1
Κεραία 2
Αυτά τα διαγράμματα ακτινοβολίας απεικονίζονται στο Σχήμα 1. Λάβετε υπόψη ότι η λειτουργία ακτινοβολίας είναι μόνο συνάρτηση της πολικής γωνίας θ(θ). Το διάγραμμα ακτινοβολίας δεν είναι συνάρτηση του αζιμουθίου. (Το αζιμουθιακό διάγραμμα ακτινοβολίας παραμένει αμετάβλητο). Το διάγραμμα ακτινοβολίας της πρώτης κεραίας είναι λιγότερο κατευθυντικό, σε σχέση με το διάγραμμα ακτινοβολίας της δεύτερης κεραίας. Επομένως, αναμένουμε ότι η κατευθυντικότητα θα είναι χαμηλότερη για την πρώτη κεραία.
Σχήμα 1. Διάγραμμα διαγράμματος ακτινοβολίας μιας κεραίας. Έχει υψηλή κατευθυντικότητα;
Χρησιμοποιώντας τον τύπο [1], μπορούμε να υπολογίσουμε ότι η κεραία έχει υψηλότερη κατευθυντικότητα. Για να ελέγξετε την κατανόησή σας, σκεφτείτε το Σχήμα 1 και τι είναι η κατευθυντικότητα. Στη συνέχεια, προσδιορίστε ποια κεραία έχει υψηλότερη κατευθυντικότητα χωρίς να χρησιμοποιήσετε μαθηματικά.
Αποτελέσματα υπολογισμού κατεύθυνσης, χρησιμοποιήστε τον τύπο [1]:
Υπολογισμός κατευθυντικής κεραίας 1, 1,273 (1,05 dB).
Υπολογισμός κατευθυντικής κεραίας 2, 2,707 (4,32 dB).
Αυξημένη κατευθυντικότητα σημαίνει μια πιο εστιασμένη ή κατευθυντική κεραία. Αυτό σημαίνει ότι μια κεραία 2 λήψεων έχει 2,707 φορές την κατευθυντική ισχύ της κορυφής της από μια πανκατευθυντική κεραία. Η κεραία 1 θα λάβει 1,273 φορές την ισχύ μιας πανκατευθυντικής κεραίας. Οι πανκατευθυντικές κεραίες χρησιμοποιούνται ως κοινή αναφορά παρόλο που δεν υπάρχουν ισοτροπικές κεραίες.
Οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας θα πρέπει να έχουν χαμηλή κατευθυντικότητα, επειδή τα σήματα μπορούν να προέρχονται από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Αντίθετα, οι δορυφορικές κεραίες έχουν υψηλή κατευθυντικότητα. Μια δορυφορική κεραία λαμβάνει σήματα από μια σταθερή κατεύθυνση. Για παράδειγμα, εάν αποκτήσετε μια δορυφορική κεραία τηλεόρασης, η εταιρεία θα σας πει πού να την κατευθύνετε και η κεραία θα λάβει το επιθυμητό σήμα.
Θα ολοκληρώσουμε με μια λίστα με τους τύπους κεραιών και την κατευθυντικότητά τους. Αυτό θα σας δώσει μια ιδέα για το ποια κατευθυντικότητα είναι συνηθισμένη.
Τύπος κεραίας Τυπική κατευθυντικότητα Τυπική κατευθυντικότητα [ντεσιμπέλ] (dB)
Κοντή διπολική κεραία 1,5 1,76
Διπολική κεραία ημικύματος 1,64 2,15
Επίθεμα (μικροταινιακή κεραία) 3.2-6.3 5-8
Κεραία κόρνας 10-100 10-20
Κεραία πιάτων 10-10.000 10-40
Όπως δείχνουν τα παραπάνω δεδομένα, η κατευθυντικότητα της κεραίας ποικίλλει σημαντικά. Επομένως, είναι σημαντικό να κατανοήσετε την κατευθυντικότητα όταν επιλέγετε την καλύτερη κεραία για την συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Εάν χρειάζεται να στέλνετε ή να λαμβάνετε ενέργεια από πολλαπλές κατευθύνσεις προς μία κατεύθυνση, τότε θα πρέπει να σχεδιάσετε μια κεραία με χαμηλή κατευθυντικότητα. Παραδείγματα εφαρμογών για κεραίες χαμηλής κατευθυντικότητας περιλαμβάνουν ραδιόφωνα αυτοκινήτου, κινητά τηλέφωνα και ασύρματη πρόσβαση στο Διαδίκτυο μέσω υπολογιστή. Αντίθετα, εάν κάνετε τηλεπισκόπηση ή στοχευμένη μεταφορά ισχύος, τότε θα χρειαστείτε μια κεραία υψηλής κατευθυντικότητας. Οι κεραίες υψηλής κατευθυντικότητας θα μεγιστοποιήσουν τη μεταφορά ισχύος από την επιθυμητή κατεύθυνση και θα μειώσουν τα σήματα από ανεπιθύμητες κατευθύνσεις.
Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε μια κεραία χαμηλής κατευθυντικότητας. Πώς το κάνουμε αυτό;
Ο γενικός κανόνας της θεωρίας κεραιών είναι ότι χρειάζεστε μια ηλεκτρικά μικρή κεραία για να παράγετε χαμηλή κατευθυντικότητα. Δηλαδή, εάν χρησιμοποιήσετε μια κεραία με συνολικό μέγεθος 0,25 - 0,5 μήκους κύματος, τότε θα ελαχιστοποιήσετε την κατευθυντικότητα. Οι διπολικές κεραίες ημικύματος ή οι κεραίες σχισμής ημικύματος έχουν συνήθως κατευθυντικότητα μικρότερη από 3 dB. Αυτή είναι η χαμηλότερη κατευθυντικότητα που μπορείτε να επιτύχετε στην πράξη.
Τελικά, δεν μπορούμε να κατασκευάσουμε κεραίες μικρότερες από το ένα τέταρτο του μήκους κύματος χωρίς να μειώσουμε την απόδοση της κεραίας και το εύρος ζώνης της. Η απόδοση και το εύρος ζώνης της κεραίας θα συζητηθούν σε μελλοντικά κεφάλαια.
Για μια κεραία με υψηλή κατευθυντικότητα, θα χρειαστούμε κεραίες πολλών μεγεθών μήκους κύματος. Όπως οι κεραίες δορυφορικής κεραίας και οι κεραίες κόρνας έχουν υψηλή κατευθυντικότητα. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι έχουν πολλά μήκη κύματος.
Γιατί συμβαίνει αυτό; Τελικά, ο λόγος έχει να κάνει με τις ιδιότητες του μετασχηματισμού Fourier. Όταν λαμβάνουμε τον μετασχηματισμό Fourier ενός σύντομου παλμού, έχουμε ένα ευρύ φάσμα. Αυτή η αναλογία δεν υπάρχει στον προσδιορισμό του διαγράμματος ακτινοβολίας μιας κεραίας. Το διάγραμμα ακτινοβολίας μπορεί να θεωρηθεί ως ο μετασχηματισμός Fourier της κατανομής ρεύματος ή τάσης κατά μήκος της κεραίας. Επομένως, οι μικρές κεραίες έχουν ευρεία διαγράμματα ακτινοβολίας (και χαμηλή κατευθυντικότητα). Κεραίες με μεγάλη ομοιόμορφη κατανομή τάσης ή ρεύματος Πολύ κατευθυντικά διαγράμματα (και υψηλή κατευθυντικότητα).
E-mail:info@rf-miso.com
Τηλέφωνο: 0086-028-82695327
Ιστότοπος: www.rf-miso.com
Ώρα δημοσίευσης: 07 Νοεμβρίου 2023
