Độ định hướng là một thông số cơ bản của ăng-ten. Đây là thước đo mô hình bức xạ của ăng-ten định hướng. Một ăng-ten bức xạ đều theo mọi hướng sẽ có độ định hướng bằng 1. (Điều này tương đương với 0 decibel - 0 dB).
Hàm tọa độ hình cầu có thể được viết dưới dạng mô hình bức xạ chuẩn hóa:
[Phương trình 1]
Một mẫu hình bức xạ chuẩn hóa có hình dạng giống với mẫu hình bức xạ ban đầu. Mẫu hình bức xạ chuẩn hóa được giảm độ lớn sao cho giá trị cực đại của mẫu hình bức xạ bằng 1. (Giá trị lớn nhất là phương trình [1] của "F"). Về mặt toán học, công thức tính hướng (loại "D") được viết như sau:
Điều này có vẻ như là một phương trình định hướng phức tạp. Tuy nhiên, các mẫu bức xạ của phân tử có giá trị lớn nhất. Mẫu số biểu thị công suất bức xạ trung bình theo mọi hướng. Phương trình sau đó là phép đo công suất bức xạ cực đại chia cho giá trị trung bình. Điều này cho ta độ định hướng của anten.
Mô hình định hướng
Ví dụ, hãy xem xét hai phương trình sau đây cho mô hình bức xạ của hai ăng-ten.
Ăng-ten 1
Ăng-ten 2
Các mẫu bức xạ này được biểu diễn trong Hình 1. Xin lưu ý rằng chế độ bức xạ chỉ là một hàm của góc cực theta(θ). Mẫu bức xạ không phụ thuộc vào phương vị. (Mẫu bức xạ phương vị vẫn không đổi). Mẫu bức xạ của ăng-ten thứ nhất ít định hướng hơn mẫu bức xạ của ăng-ten thứ hai. Do đó, chúng tôi dự đoán độ định hướng của ăng-ten thứ nhất sẽ thấp hơn.
Hình 1. Sơ đồ mô hình bức xạ của ăng-ten. Có tính định hướng cao không?
Sử dụng công thức [1], chúng ta có thể tính toán được ăng-ten có định hướng cao hơn. Để kiểm tra sự hiểu biết của bạn, hãy xem Hình 1 và định hướng là gì. Sau đó, xác định ăng-ten nào có định hướng cao hơn mà không cần sử dụng bất kỳ phép toán nào.
Kết quả tính toán hướng, sử dụng công thức [1]:
Tính toán ăng-ten định hướng 1, 1,273 (1,05 dB).
Tính toán ăng-ten định hướng 2, 2,707 (4,32 dB).
Độ định hướng tăng đồng nghĩa với việc ăng-ten tập trung hoặc định hướng hơn. Điều này có nghĩa là ăng-ten 2 thu có công suất định hướng gấp 2,707 lần công suất đỉnh của nó so với ăng-ten đa hướng. Ăng-ten 1 sẽ nhận được công suất gấp 1,273 lần công suất của ăng-ten đa hướng. Ăng-ten đa hướng được sử dụng làm tham chiếu chung mặc dù không có ăng-ten đẳng hướng nào tồn tại.
Ăng-ten điện thoại di động nên có độ định hướng thấp vì tín hiệu có thể đến từ mọi hướng. Ngược lại, ăng-ten vệ tinh có độ định hướng cao. Ăng-ten vệ tinh nhận tín hiệu từ một hướng cố định. Ví dụ, nếu bạn mua ăng-ten truyền hình vệ tinh, công ty sẽ cho bạn biết hướng ăng-ten và ăng-ten sẽ nhận được tín hiệu mong muốn.
Chúng tôi sẽ kết thúc bằng danh sách các loại ăng-ten và hướng của chúng. Điều này sẽ giúp bạn hình dung được hướng phổ biến của chúng là gì.
Loại ăng-ten Độ định hướng điển hình Độ định hướng điển hình [decibel] (dB)
Ăng-ten lưỡng cực ngắn 1,5 1,76
Ăng-ten lưỡng cực nửa sóng 1,64 2,15
Bản vá (ăng-ten vi dải) 3.2-6.3 5-8
Ăng-ten sừng 10-100 10-20
Ăng-ten chảo 10-10.000 10-40
Dữ liệu trên cho thấy độ định hướng của ăng-ten rất khác nhau. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu rõ độ định hướng khi lựa chọn ăng-ten tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Nếu bạn cần truyền hoặc nhận năng lượng từ nhiều hướng theo cùng một hướng, bạn nên thiết kế ăng-ten có độ định hướng thấp. Ví dụ về các ứng dụng của ăng-ten có độ định hướng thấp bao gồm radio ô tô, điện thoại di động và truy cập Internet không dây cho máy tính. Ngược lại, nếu bạn đang thực hiện cảm biến từ xa hoặc truyền tải năng lượng có mục tiêu, thì cần một ăng-ten có độ định hướng cao. Ăng-ten có độ định hướng cao sẽ tối đa hóa việc truyền tải năng lượng từ hướng mong muốn và giảm tín hiệu từ các hướng không mong muốn.
Giả sử chúng ta muốn một ăng-ten có độ định hướng thấp. Chúng ta phải làm thế nào?
Nguyên tắc chung của lý thuyết ăng-ten là bạn cần một ăng-ten nhỏ về mặt điện để tạo ra độ định hướng thấp. Nghĩa là, nếu bạn sử dụng ăng-ten có tổng kích thước từ 0,25 đến 0,5 bước sóng, thì bạn sẽ giảm thiểu được độ định hướng. Ăng-ten lưỡng cực nửa bước sóng hoặc ăng-ten khe nửa bước sóng thường có độ định hướng dưới 3 dB. Đây là độ định hướng thấp nhất mà bạn có thể đạt được trong thực tế.
Cuối cùng, chúng ta không thể chế tạo ăng-ten nhỏ hơn một phần tư bước sóng mà không làm giảm hiệu suất và băng thông của ăng-ten. Hiệu suất và băng thông của ăng-ten sẽ được thảo luận trong các chương sau.
Để có một ăng-ten có độ định hướng cao, chúng ta cần ăng-ten có nhiều kích cỡ bước sóng. Chẳng hạn như ăng-ten chảo vệ tinh và ăng-ten loa có độ định hướng cao. Điều này một phần là do chúng có nhiều bước sóng.
Tại sao lại như vậy? Cuối cùng, lý do liên quan đến các đặc tính của phép biến đổi Fourier. Khi lấy biến đổi Fourier của một xung ngắn, bạn sẽ thu được một phổ rộng. Sự tương tự này không có trong việc xác định dạng bức xạ của ăng-ten. Dạng bức xạ có thể được coi là phép biến đổi Fourier của phân bố dòng điện hoặc điện áp dọc theo ăng-ten. Do đó, ăng-ten nhỏ có dạng bức xạ rộng (và độ định hướng thấp). Ăng-ten có phân bố điện áp hoặc dòng điện đồng đều lớn có dạng bức xạ rất định hướng (và độ định hướng cao).
E-mail:info@rf-miso.com
Điện thoại: 0086-028-82695327
Trang web: www.rf-miso.com
Thời gian đăng: 07-11-2023
