La direttività è un parametro fondamentale dell'antenna.Questa è una misura di come è il diagramma di radiazione di un'antenna direzionale.Un'antenna che irradia equamente in tutte le direzioni avrà una direttività pari a 1. (Ciò equivale a zero decibel -0 dB).
La funzione delle coordinate sferiche può essere scritta come un diagramma di radiazione normalizzato:
[Equazione 1]
Un diagramma di radiazione normalizzato ha la stessa forma del diagramma di radiazione originale.Il diagramma di radiazione normalizzato viene ridotto di grandezza in modo tale che il valore massimo del diagramma di radiazione sia uguale a 1. (La più grande è l'equazione [1] di "F").Matematicamente, la formula per la direzionalità (tipo "D") è scritta come:
Questa può sembrare un’equazione direzionale complicata.Tuttavia, i modelli di radiazione delle molecole sono di grande valore.Il denominatore rappresenta la potenza media irradiata in tutte le direzioni.L'equazione è quindi una misura della potenza irradiata di picco divisa per la media.Questo dà la direttività dell'antenna.
Paradigma direzionale
Ad esempio, consideriamo le due equazioni successive per il diagramma di radiazione di due antenne.
Antenna1
Antenna2
Questi schemi di radiazione sono rappresentati nella Figura 1. Si prega di notare che la modalità di radiazione è solo una funzione dell'angolo polare theta(θ). Il diagramma di radiazione non è una funzione dell'azimut.(Il diagramma di radiazione azimutale rimane invariato).Il diagramma di radiazione della prima antenna è meno direzionale rispetto al diagramma di radiazione della seconda antenna.Pertanto, ci aspettiamo che la direttività sia inferiore per la prima antenna.
figura 1. Diagramma dello schema di radiazione di un'antenna.Ha un'alta direzionalità?
Usando la formula [1], possiamo calcolare che l'antenna ha una direttività maggiore.Per verificare la tua comprensione, pensa alla Figura 1 e a cos'è la direzionalità.Quindi determinare quale antenna ha una direttività maggiore senza utilizzare calcoli matematici.
Risultati del calcolo direzionale, utilizzare la formula [1]:
Calcolo dell'antenna direzionale 1, 1.273 (1,05 dB).
Calcolo dell'antenna direzionale 2, 2.707 (4,32 dB).
Una maggiore direttività significa un'antenna più focalizzata o direzionale.Ciò significa che un'antenna a 2 ricevitori ha 2.707 volte la potenza direzionale del suo picco rispetto a un'antenna omnidirezionale.L'antenna 1 avrà 1.273 volte la potenza di un'antenna omnidirezionale.Le antenne omnidirezionali vengono utilizzate come riferimento comune anche se non esistono antenne isotrope.
Le antenne dei telefoni cellulari dovrebbero avere una bassa direttività perché i segnali possono provenire da qualsiasi direzione.Al contrario, le antenne paraboliche hanno un'elevata direttività.Una parabola satellitare riceve segnali da una direzione fissa.Ad esempio, se acquisti una parabola per la TV satellitare, l'azienda ti dirà dove puntarla e la parabola riceverà il segnale desiderato.
Concluderemo con un elenco dei tipi di antenne e della loro direttività.Questo ti darà un'idea di quale direzionalità è comune.
Tipo di antenna Direttività tipica Direttività tipica [decibel] (dB)
Antenna dipolo corto 1,5 1,76
Antenna dipolo a semionda 1,64 2,15
Patch (antenna a microstriscia) 3.2-6.3 5-8
Antenna a tromba 10-100 10-20
Antenna parabolica 10-10.000 10-40
Come mostrano i dati sopra, la direttività dell'antenna varia notevolmente.Pertanto, è importante comprendere la direttività quando si seleziona l'antenna migliore per la propria applicazione specifica.Se è necessario inviare o ricevere energia da più direzioni in un'unica direzione, è necessario progettare un'antenna con bassa direttività.Esempi di applicazioni per antenne a bassa direttività includono autoradio, telefoni cellulari e accesso wireless a Internet da computer.Al contrario, se si sta effettuando un rilevamento remoto o un trasferimento di potenza mirato, sarà necessaria un'antenna altamente direzionale.Le antenne altamente direzionali massimizzeranno il trasferimento di potenza dalla direzione desiderata e ridurranno i segnali provenienti da direzioni indesiderate.
Supponiamo di volere un'antenna a bassa direttività.Come facciamo questo?
La regola generale della teoria dell'antenna è che è necessaria un'antenna elettricamente piccola per produrre una bassa direttività.Cioè, se usi un'antenna con una dimensione totale di 0,25 - 0,5 lunghezza d'onda, ridurrai al minimo la direttività.Le antenne a dipolo a semionda o le antenne a slot a mezza lunghezza d'onda hanno tipicamente una direttività inferiore a 3 dB.Questa è la direzionalità più bassa che puoi ottenere nella pratica.
In definitiva, non possiamo realizzare antenne più piccole di un quarto di lunghezza d’onda senza ridurre l’efficienza dell’antenna e la larghezza di banda dell’antenna.L'efficienza e la larghezza di banda dell'antenna verranno discusse nei capitoli successivi.
Per un'antenna ad alta direttività, avremo bisogno di antenne con molte dimensioni di lunghezza d'onda.Come le antenne paraboliche e le antenne a tromba hanno un'elevata direttività.Ciò è in parte dovuto al fatto che hanno molte lunghezze d'onda.
perché?In definitiva, la ragione ha a che fare con le proprietà della trasformata di Fourier.Quando si esegue la trasformata di Fourier di un impulso breve, si ottiene un ampio spettro.Questa analogia non è presente nel determinare il diagramma di radiazione di un'antenna.Il diagramma di radiazione può essere pensato come la trasformata di Fourier della distribuzione della corrente o della tensione lungo l'antenna.Pertanto, le antenne piccole hanno schemi di radiazione ampi (e bassa direttività).Antenne con grande distribuzione uniforme di tensione o corrente Schemi molto direzionali (e alta direttività).
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Orario di pubblicazione: 07-nov-2023
