Η κατευθυντικότητα είναι μια θεμελιώδης παράμετρος κεραίας.Αυτό είναι ένα μέτρο του πώς είναι το σχέδιο ακτινοβολίας μιας κατευθυντικής κεραίας.Μια κεραία που ακτινοβολεί εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις θα έχει κατευθυντικότητα ίση με 1. (Αυτή είναι ισοδύναμη με μηδέν ντεσιμπέλ -0 dB).
Η συνάρτηση των σφαιρικών συντεταγμένων μπορεί να γραφτεί ως κανονικοποιημένο μοτίβο ακτινοβολίας:
[Εξίσωση 1]
Ένα κανονικοποιημένο μοτίβο ακτινοβολίας έχει το ίδιο σχήμα με το αρχικό σχέδιο ακτινοβολίας.Το κανονικοποιημένο σχέδιο ακτινοβολίας μειώνεται κατά μέγεθος έτσι ώστε η μέγιστη τιμή του σχεδίου 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 εξίσωση κατεύθυνσης.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 τότε ένα μέτρο της μέγιστης ακτινοβολούμενης ισχύος διαιρούμενο με το μέσο όρο.Αυτό δίνει στην κεραία κατευθυντικότητα.
Κατευθυντικό παράδειγμα
Ως παράδειγμα, θεωρήστε τις επόμενες δύο εξισώσεις για το σχέδιο ακτινοβολίας δύο κεραιών.
Κεραία 1
Κεραία 2
Αυτά τα μοτίβα ακτινοβολίας απεικονίζονται στο Σχήμα 1. Σημειώστε ότι ο τρόπος ακτινοβολίας είναι μόνο συνάρτηση της πολικής γωνίας θήτα(θ) Το σχέδιο ακτινοβολίας δεν είναι συνάρτηση του αζιμουθίου.(Το μοτίβο αζιμουθιακής ακτινοβολίας παραμένει αμετάβλητο).Το μοτίβο ακτινοβολίας της πρώτης κεραίας είναι λιγότερο κατευθυντικό, μετά το σχέδιο ακτινοβολίας της δεύτερης κεραίας.Επομένως, αναμένουμε ότι η κατευθυντικότητα θα είναι χαμηλότερη για την πρώτη κεραία.
σχήμα 1. Διάγραμμα σχεδίου ακτινοβολίας μιας κεραίας.Έχει υψηλή κατευθυντικότητα;
Χρησιμοποιώντας τον τύπο [1], μπορούμε να υπολογίσουμε ότι η κεραία έχει μεγαλύτερη κατευθυντικότητα.Για να ελέγξετε την κατανόησή σας, σκεφτείτε το Σχήμα 1 και τι είναι η κατευθυντικότητα.Στη συνέχεια, καθορίστε ποια κεραία έχει μεγαλύτερη κατευθυντικότητα χωρίς να χρησιμοποιήσετε μαθηματικά.
Αποτελέσματα κατευθυντικού υπολογισμού, 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 αιχμής της από μια πανκατευθυντική κεραία.Η κεραία 1 θα έχει 1.273 φορές την ισχύ μιας πανκατευθυντικής κεραίας.Οι πανκατευθυντικές κεραίες χρησιμοποιούνται ως κοινή αναφορά, παρόλο που δεν υπάρχουν ισότροπες κεραίες.
Οι κεραίες κινητών τηλεφώνων θα πρέπει να έχουν χαμηλή κατευθυντικότητα επειδή τα σήματα μπορούν να προέρχονται από οποιαδήποτε κατεύθυνση.Αντίθετα, τα δορυφορικά πιάτα έχουν υψηλή κατευθυντικότητα.Ένα δορυφορικό πιάτο λαμβάνει σήματα από σταθερή κατεύθυνση.Για παράδειγμα, εάν λάβετε ένα πιάτο δορυφορικής τηλεόρασης, η εταιρεία θα σας πει πού να το δείξετε και το πιάτο θα λάβει το επιθυμητό σήμα.
Θα τελειώσουμε με μια λίστα με τους τύπους κεραιών και την κατευθυντικότητά τους.Αυτό θα σας δώσει μια ιδέα για το ποια κατευθυντικότητα είναι κοινή.
Τύπος κεραίας Τυπική κατευθυντικότητα Τυπική κατευθυντικότητα [decibel] (dB)
Μικρή διπολική κεραία 1,5 1,76
Ημικυματική διπολική κεραία 1,64 2,15
Patch (κεραία microstrip) 3.2-6.3 5-8
Κεραία 10-100 10-20
Κεραία πιάτων 10-10.000 10-40
Όπως δείχνουν τα παραπάνω δεδομένα, η κατευθυντικότητα της κεραίας ποικίλλει πολύ.Επομένως, είναι σημαντικό να κατανοήσετε την κατευθυντικότητα όταν επιλέγετε την καλύτερη κεραία για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας.Εάν χρειάζεται να στείλετε ή να λάβετε ενέργεια από πολλές 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 υπολογιστή.Αντίθετα, εάν κάνετε τηλεπισκόπηση ή στοχευμένη μεταφορά ισχύος, τότε θα χρειαστεί μια κεραία υψηλής κατεύθυνσης.Οι κεραίες υψηλής κατεύθυνσης 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 της κεραίας είναι ότι χρειάζεστε μια ηλεκτρικά μικρή κεραία για να παράγετε χαμηλή κατευθυντικότητα.Δηλαδή, αν χρησιμοποιήσετε μια κεραία με συνολικό μέγεθος 0,25 - 0,5 μήκος κύματος, τότε θα ελαχιστοποιήσετε την κατευθυντικότητα.Οι διπολικές κεραίες μισού κύματος ή οι θυρίδες μισού μήκους κύματος έχουν συνήθως κατευθυντικότητα μικρότερη από 3 dB.Αυτό είναι τόσο χαμηλό όσο μια κατευθυντικότητα που μπορείτε να πάρετε στην πράξη.
Τελικά, δεν μπορούμε να φτιάξουμε κεραίες μικρότερες από το ένα τέταρτο του μήκους κύματος χωρίς να μειώσουμε την απόδοση της κεραίας και το εύρος ζώνης της κεραίας.Η απόδοση της κεραίας 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 δορυφορικών πιάτων και οι κεραίες κόρνας έχουν υψηλή κατευθυντικότητα.Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι έχουν πολλά μήκη κύματος.
γιατί αυτό?Τελικά, ο λόγος έχει να κάνει με τις ιδιότητες του μετασχηματισμού Fourier.Όταν παίρνετε τον μετασχηματισμό Fourier ενός μικρού παλμού, λαμβάνετε ένα ευρύ φάσμα.Αυτή η αναλογία δεν υπάρχει στον προσδιορισμό του σχεδίου ακτινοβολίας μιας κεραίας.Το σχέδιο ακτινοβολίας μπορεί να θεωρηθεί ως ο μετασχηματισμός Fourier της κατανομής του ρεύματος ή της τάσης κατά μήκος της κεραίας.Επομένως, οι μικρές κεραίες έχουν ευρεία μοτίβα ακτινοβολίας (και χαμηλή κατευθυντικότητα).Κεραίες με μεγάλη ομοιόμορφη κατανομή τάσης ή ρεύματος Πολύ κατευθυντικά σχέδια (και υψηλή κατευθυντικότητα).
E-mail:info@rf-miso.com
Τηλέφωνο:0086-028-82695327
Ιστοσελίδα: www.rf-miso.com
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-07-2023
