A directividade é un parámetro fundamental da antena. Trátase dunha medida do patrón de radiación dunha antena direccional. Unha antena que irradia por igual en todas as direccións terá unha directividade igual a 1. (Isto é equivalente a cero decibeis -0 dB).
A función das coordenadas esféricas pódese escribir como un patrón de radiación normalizado:
[Ecuación 1]
Un patrón de radiación normalizado ten a mesma forma que o patrón de radiación orixinal. O patrón de radiación normalizado redúcese en magnitude de tal xeito que o valor máximo do patrón de radiación sexa igual a 1. (O maior é a ecuación [1] de "F"). Matematicamente, a fórmula para a direccionalidade (tipo "D") escríbese como:
Isto pode parecer unha ecuación direccional complicada. Non obstante, os patróns de radiación das moléculas son os de maior valor. O denominador representa a potencia media radiada en todas as direccións. A ecuación é entón unha medida da potencia radiada máxima dividida pola media. Isto dá a directividade da antena.
Paradigma direccional
Como exemplo, considere as dúas seguintes ecuacións para o patrón de radiación de dúas antenas.
Antena 1
Antena 2
Estes patróns de radiación represéntanse na Figura 1. Teña en conta que o modo de radiación só é función do ángulo polar theta(θ). O patrón de radiación non é función do acimut. (O patrón de radiación azimutal permanece inalterado). O patrón de radiación da primeira antena é menos direccional que o patrón de radiación da segunda antena. Polo tanto, agardamos que a directividade sexa menor para a primeira antena.
figura 1. Diagrama do patrón de radiación dunha antena. Ten alta direccionalidade?
Usando a fórmula [1], podemos calcular que a antena ten maior directividade. Para comprobar a túa comprensión, pensa na Figura 1 e no que é a direccionalidade. Despois, determina que antena ten maior directividade sen usar cálculos.
Resultados do cálculo direccional, use a fórmula [1]:
Cálculo da antena direccional 1, 1,273 (1,05 dB).
Cálculo da antena direccional 2, 2,707 (4,32 dB).
Unha maior directividade significa unha antena máis enfocada ou direccional. Isto significa que unha antena de 2 receptores ten 2,707 veces a potencia direccional do seu pico que unha antena omnidireccional. A antena 1 recibirá 1,273 veces a potencia dunha antena omnidireccional. As antenas omnidireccionais úsanse como referencia común aínda que non existan antenas isotrópicas.
As antenas de telefonía móbil deben ter unha baixa directividade porque os sinais poden vir de calquera dirección. Pola contra, as antenas parabólicas teñen unha alta directividade. Unha antena parabólica recibe sinais dunha dirección fixa. Por exemplo, se adquires unha antena de televisión por satélite, a empresa indicarache onde apuntala e a antena recibirá o sinal desexado.
Remataremos cunha lista de tipos de antenas e a súa directividade. Isto darache unha idea do tipo de direccionalidade que se usa habitualmente.
Tipo de antena Directividade típica Directividade típica [decibelio] (dB)
Antena dipolo curta 1,5 1,76
Antena dipolo de media onda 1,64 2,15
Antena de parche (microstrip) 3,2-6,3 5-8
Antena de corno 10-100 10-20
Antena parabólica 10-10.000 10-40
Como mostran os datos anteriores, a directividade da antena varía moito. Polo tanto, é importante comprender a directividade ao seleccionar a mellor antena para a súa aplicación específica. Se precisa enviar ou recibir enerxía desde varias direccións nunha soa dirección, debe deseñar unha antena con baixa directividade. Algúns exemplos de aplicacións para antenas de baixa directividade inclúen radios de coche, teléfonos móbiles e acceso inalámbrico a Internet desde ordenadores. Pola contra, se está a realizar teledetección ou transferencia de enerxía dirixida, requirirase unha antena altamente direccional. As antenas altamente direccionais maximizarán a transferencia de enerxía desde a dirección desexada e reducirán os sinais de direccións non desexadas.
Supoñamos que queremos unha antena de baixa directividade. Como o facemos?
A regra xeral da teoría das antenas é que se necesita unha antena electricamente pequena para producir unha baixa directividade. É dicir, se se usa unha antena cun tamaño total de 0,25 a 0,5 de lonxitude de onda, minimizarase a directividade. As antenas dipolo de media onda ou as antenas de ranura de media lonxitude de onda adoitan ter unha directividade inferior a 3 dB. Esta é a direccionalidade máis baixa que se pode obter na práctica.
En definitiva, non podemos fabricar antenas máis pequenas que un cuarto de lonxitude de onda sen reducir a eficiencia da antena e o seu ancho de banda. A eficiencia da antena e o seu ancho de banda trataranse en capítulos futuros.
Para unha antena con alta directividade, necesitaremos antenas de moitas lonxitudes de onda. As antenas parabólicas e as antenas de trompeta teñen unha alta directividade. Isto débese en parte a que teñen moitas lonxitudes de onda.
Por que é iso? En última instancia, a razón ten que ver coas propiedades da transformada de Fourier. Cando se toma a transformada de Fourier dun pulso curto, obtense un espectro amplo. Esta analoxía non está presente para determinar o patrón de radiación dunha antena. O patrón de radiación pódese considerar como a transformada de Fourier da distribución da corrente ou tensión ao longo da antena. Polo tanto, as antenas pequenas teñen patróns de radiación amplos (e baixa directividade). Antenas con gran distribución uniforme de tensión ou corrente Patróns moi direccionais (e alta directividade).
E-mail:info@rf-miso.com
Teléfono: 0086-028-82695327
Sitio web: www.rf-miso.com
Data de publicación: 07 de novembro de 2023
