Độ định hướng là một thông số cơ bản của ăng-ten. Đây là thước đo độ phân bố bức xạ của một ăng-ten định hướng. Một ăng-ten bức xạ đều theo mọi hướng sẽ có độ định hướng bằng 1 (tương đương với 0 decibel - 0 dB).
Chức năng của hệ tọa độ cầu có thể được viết dưới dạng một mô hình bức xạ chuẩn hóa:
[Phương trình 1]
Mẫu bức xạ chuẩn hóa có hình dạng giống với mẫu bức xạ gốc. 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 cho hướng (loại "D") được viết như sau:
Phương trình định hướng này thoạt nhìn có vẻ phức tạp. Tuy nhiên, mô hình bức xạ của các phân tử mới là yếu tố có giá trị nhất. Mẫu số biểu thị công suất bức xạ trung bình theo mọi hướng. Phương trình này là phép đo công suất bức xạ cực đại chia cho công suất bức xạ 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 về giản đồ bức xạ của hai anten.
Ăng-ten 1
Ăng-ten 2
Các giản đồ bức xạ này được thể hiện trong Hình 1. Xin lưu ý rằng chế độ bức xạ chỉ là hàm của góc cực theta (θ). Giản đồ bức xạ không phải là hàm của góc phương vị. (Phản đồ bức xạ theo phương vị vẫn không thay đổi). Giản đồ bức xạ của anten thứ nhất ít định hướng hơn so với giản đồ bức xạ của anten thứ hai. Do đó, chúng ta dự đoán độ định hướng của anten thứ nhất sẽ thấp hơn.
Hình 1. Sơ đồ mẫu bức xạ của một anten. Có tính định hướng cao không?
Sử dụng công thức [1], chúng ta có thể tính toán rằng ăng-ten có độ định hướng cao hơn. Để kiểm tra sự hiểu biết của bạn, hãy nghĩ về Hình 1 và độ định hướng là gì. Sau đó xác định ăng-ten nào có độ định hướng cao hơn mà không cần sử dụng bất kỳ phép toán nào.
Kết quả tính toán theo 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).
Tăng độ định hướng có nghĩa là ăng-ten tập trung hơn hoặc có tính định hướng cao hơn. Điều này có nghĩa là ăng-ten thu 2 có công suất định hướng cực đại gấp 2,707 lần so với ăng-ten đa hướng. Ăng-ten 1 sẽ nhận được công suất gấp 1,273 lần so với ăng-ten đa hướng. Ăng-ten đa hướng được sử dụng làm tham chiếu phổ biến mặc dù không tồn tại ăng-ten đẳng hướng.
Ăng-ten điện thoại di động cần có độ định hướng thấp vì tín hiệu có thể đến từ bất kỳ hướng nào. Ngược lại, anten vệ tinh có độ định hướng cao. Anten vệ tinh nhận tín hiệu từ một hướng cố định. Ví dụ, nếu bạn lắp đặt anten truyền hình vệ tinh, công ty sẽ hướng dẫn bạn vị trí cần đặt và anten sẽ thu được tín hiệu mong muốn.
Chúng ta sẽ kết thúc bằng danh sách các loại anten và độ định hướng của chúng. Điều này sẽ giúp bạn hình dung được độ định hướng phổ biến là như thế nào.
Loại anten 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
Ăng-ten vá (ăng-ten vi dải) 3.2-6.3 5-8
Ăng-ten hình loa 10-100 10-20
Ăng-ten chảo 10-10.000 10-40
Như dữ liệu trên cho thấy, độ định hướng của anten thay đổi rất nhiều. Do đó, việc hiểu rõ độ định hướng là rất quan trọng khi lựa chọn anten tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Nếu bạn cần gửi hoặc nhận năng lượng từ nhiều hướng theo một hướng duy nhất, thì bạn nên thiết kế anten có độ định hướng thấp. Ví dụ về các ứng dụng của anten có độ định 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 tải điện năng có mục tiêu, thì cần một anten có độ định hướng cao. Anten có độ định hướng cao sẽ tối đa hóa việc truyền tải điện năng 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. Làm thế nào để thực hiện điều này?
Nguyên tắc chung của lý thuyết anten là bạn cần một anten có kích thước điện nhỏ để tạo ra độ định hướng thấp. Nghĩa là, nếu bạn sử dụng anten có kích thước tổng thể từ 0,25 đến 0,5 bước sóng, thì bạn sẽ giảm thiểu độ định hướng. Anten lưỡng cực nửa bước sóng hoặc anten khe nửa bước sóng thường có độ định hướng nhỏ hơn 3 dB. Đây là độ định hướng thấp nhất mà bạn có thể đạt được trong thực tế.
Tóm lại, 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 tiếp theo.
Để có được ăng-ten có độ định hướng cao, chúng ta cần các ăng-ten có kích thước nhiều bước sóng khác nhau. Ví dụ như ăng-ten parabol và ăng-ten hình loa có độ định hướng cao. Điều này một phần là do chúng có chiều dài nhiều bước sóng.
Tại sao lại như vậy? Về cơ bản, lý do liên quan đến các đặc tính của phép biến đổi Fourier. Khi bạn lấy phép biến đổi Fourier của một xung ngắn, bạn sẽ nhận được một phổ rộng. Sự tương tự này không xuất hiện khi xác định mô hình bức xạ của một anten. Mô hình bức xạ có thể được coi là phép biến đổi Fourier của sự phân bố dòng điện hoặc điện áp dọc theo anten. Do đó, các anten nhỏ có mô hình bức xạ rộng (và độ định hướng thấp). Các anten có sự phân bố điện áp hoặc dòng điện đồng đều lớn có mô hình bức xạ rất định hướng (và độ định hướng cao).
E-mail:info@rf-miso.com
Số điện thoại: 0086-028-82695327
Trang web: www.rf-miso.com
Thời gian đăng bài: 07/11/2023
