Độ định hướng là một tham số cơ bản của ăng-ten. Đây là thước đo về cách thức mẫu 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]
Mẫu bức xạ chuẩn hóa có cùng hình dạng với mẫu bức xạ ban đầu. Mẫu bức xạ chuẩn hóa được giảm độ lớn sao cho giá trị cực đại của mẫu 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 giống như một phương trình định hướng phức tạp. Tuy nhiên, các mẫu bức xạ của các phân tử có giá trị lớn nhất. Mẫu số biểu thị công suất bức xạ trung bình theo mọi hướng. Sau đó, phương trình là phép đo công suất bức xạ cực đại chia cho công suất trung bình. Điều này cho biết hướng của ăng-ten.
Mô hình định hướng
Ví dụ, hãy xem xét hai phương trình sau đây về mô hình bức xạ của hai ăng-ten.
Ăng-ten 1
Ăng-ten 2
Các mẫu bức xạ này được vẽ trên Hình 1. Xin lưu ý rằng chế độ bức xạ chỉ là một hàm của góc cực theta(θ). Mẫu bức xạ không phải là một hàm của phương vị. (Mẫu bức xạ phương vị vẫn không đổi). Mẫu bức xạ của ăng-ten đầu tiên ít định hướng hơn, sau đó là mẫu bức xạ của ăng-ten thứ hai. Do đó, chúng tôi mong đợi tính định hướng sẽ thấp hơn đối với ăng-ten đầu tiên.
hình 1. Sơ đồ mẫu bức xạ của ăng-ten. Có tính định hướng cao không?
Sử dụng công thức [1], chúng ta có thể tính toán rằng ăng-ten có định hướng cao hơn. Để kiểm tra sự hiểu biết của bạn, hãy nghĩ về 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 có nghĩa là ăng-ten tập trung hoặc định hướng hơn. Điều này có nghĩa là ăng-ten thu 2 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 phải có độ định hướng thấp vì tín hiệu có thể đến từ bất kỳ hướng nào. Ngược lại, chảo vệ tinh có độ định hướng cao. Một chảo vệ tinh nhận tín hiệu từ một hướng cố định. Ví dụ, nếu bạn có một chảo truyền hình vệ tinh, công ty sẽ cho bạn biết hướng chảo đến đâu và chảo 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 cho bạn biết hướng nào là phổ biến.
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 còi 10-100 10-20
Ăng ten chảo 10-10.000 10-40
Vì dữ liệu trên cho thấy hướng của ăng-ten thay đổi rất nhiều. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu hướng khi chọn ăng-ten tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Nếu bạn cần gửi hoặc nhận năng lượng từ nhiều hướng theo một hướng thì bạn nên thiết kế ăng-ten có hướng thấp. Ví dụ về các ứng dụng cho ăng-ten có hướng thấp bao gồm radio ô tô, điện thoại di động và truy cập Internet không dây của máy tính. Ngược lại, nếu bạn đang thực hiện cảm biến từ xa hoặc truyền năng lượng có mục tiêu, thì sẽ cần một ăng-ten có tính định hướng cao. Ăng-ten có tính định hướng cao sẽ tối đa hóa việc truyền 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 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 một ăng-ten có tổng kích thước là 0,25 - 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 làm cho ăng-ten nhỏ hơn một phần tư bước sóng mà không làm giảm hiệu suất của ăng-ten và băng thông của ăng-ten. Hiệu suất của ăng-ten và băng thông của ăng-ten sẽ được thảo luận trong các chương sau.
Đối với một ăng-ten có độ định hướng cao, chúng ta sẽ cần các ăng-ten có nhiều kích thước bước sóng. Chẳng hạn như ăng-ten chảo vệ tinh và ăng-ten sừng có độ định hướng cao. Điều này một phần là do chúng có nhiều bước sóng dài.
tại sao vậy? Cuối cùng, lý do liên quan đến các đặc tính của phép biến đổi Fourier. Khi bạn thực hiện phép biến đổi Fourier của một xung ngắn, bạn sẽ có được một phổ rộng. Phép loại suy này không có trong việc xác định mẫu bức xạ của một ăng-ten. Mẫu bức xạ có thể được coi là phép biến đổi Fourier của sự phân bố dòng điện hoặc điện áp dọc theo ăng-ten. Do đó, các ăng-ten nhỏ có mẫu bức xạ rộng (và tính định hướng thấp). Các ăng-ten có phân bố điện áp hoặc dòng điện đồng đều lớn Các mẫu rất định hướng (và tính 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
