Độ định hướng của anten là gì?
Câu trả lời ngắn gọn:Độ định hướng của anten mô tả mức độ tập trung công suất bức xạ của anten theo một hướng cụ thể so với một bộ bức xạ đẳng hướng lý tưởng. Một bộ bức xạ đẳng hướng có độ định hướng bằng 1, hay 0 dBi.
Độ định hướng cao hơn tạo ra mô hình bức xạ hẹp hơn, tập trung hơn, trong khi độ định hướng thấp hơn cung cấp vùng phủ sóng góc rộng hơn. Độ định hướng phụ thuộc vào hình dạng của mô hình bức xạ và không bao gồm tổn hao của anten.
Mô hình bức xạ chuẩn hóa có thể được biểu diễn trong hệ tọa độ cầu như sau:
Mô hình bức xạ chuẩn hóa
Công thức định hướng anten
Mô hình bức xạ chuẩn hóa có hình dạng giống với mô hình gốc, nhưng giá trị cực đại của nó được điều chỉnh về 1. Độ định hướng của anten, được viết làDNó so sánh cường độ bức xạ tối đa với cường độ bức xạ trung bình theo mọi hướng.
Mẫu số của phương trình biểu thị toàn bộ mô hình được tích phân trên một mặt cầu. Chia giá trị cực đại cho giá trị trung bình không gian này cho thấy mức độ tập trung năng lượng của ăng-ten theo hướng chính của nó.
Độ định hướng so với độ lợi
Độ định hướng chỉ mô tả mức độ tập trung của mô hình bức xạ. Độ lợi anten cũng tính đến hiệu suất bức xạ, bao gồm cả tổn thất dẫn điện và điện môi.
Mối quan hệ làG = ηD, Ở đâuGlà lợi ích,ηlà hiệu suất bức xạ, vàDĐộ lợi là độ định hướng. Một ăng-ten không tổn hao có độ lợi bằng độ định hướng của nó; trong một ăng-ten thực tế, độ lợi thường thấp hơn. Cả hai giá trị này thường được biểu thị bằng dBi khi so sánh với một bộ bức xạ đẳng hướng.
Ví dụ về tính toán độ 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
Mô hình bức xạ và hướng bức xạ
Các quy luật sau đây thay đổi theo góc cực.θvà được giả định là không đổi theo phương vị. Ăng-ten 1 phát xạ rộng hơn, trong khi Ăng-ten 2 tập trung nhiều năng lượng hơn xung quanh hướng chính của nó.
Do chùm tia chính hẹp hơn thể hiện sự tập trung công suất bức xạ lớn hơn, nên Ăng-ten 2 dự kiến sẽ có độ định hướng cao hơn.
Hình 1. So sánh hai mô hình bức xạ chuẩn hóa. Mô hình tập trung hơn có độ định hướng cao hơn.
Kết quả tính toán hướng tính
Áp dụng phương trình định hướng cho hai mẫu ví dụ ta được:
- Ăng-ten 1:D = 1,273, hay 1,05 dBi
- Ăng-ten 2:D = 2,707, hay 4,32 dBi
Ăng-ten 2 có độ định hướng cao hơn vì bức xạ của nó tập trung hơn xung quanh hướng cực đại. Một bộ bức xạ đẳng hướng được sử dụng làm tham chiếu 0 dBi mặc dù nó là một mô hình lý tưởng chứ không phải là một ăng-ten vật lý khả thi.
Ứng dụng định hướng cao so với định hướng thấp
Ăng-ten có độ định hướng thấpChúng cung cấp vùng phủ sóng góc rộng và hữu ích khi tín hiệu có thể đến từ nhiều hướng khác nhau, chẳng hạn như thiết bị di động, radio trên xe và truy cập không dây nói chung.
Ăng-ten định hướng caoChúng tập trung năng lượng vào một chùm tia hẹp hơn. Chúng được ưa chuộng cho các liên kết vệ tinh, radar, viễn thám và liên lạc điểm-điểm khi hướng mong muốn đã được biết trước.
Bảng dưới đây hiển thị phạm vi định hướng gần đúng cho một số loại anten thông dụng.
Các giá trị định hướng ăng-ten điển hình
| Loại anten | Tỷ lệ định hướng xấp xỉ | Độ định hướng xấp xỉ (dBi) |
|---|---|---|
| Lưỡng cực ngắn | 1,5 | 1,76 |
| Lưỡng cực nửa sóng | 1,64 | 2.15 |
| Ăng-ten vá | 3.2-6.3 | 5-8 |
| Ăng-ten hình loa | 10-100 | 10-20 |
| Ăng-ten chảo | 10-10.000 | 10-40 |
Các giá trị này là phạm vi tham khảo. Độ định hướng thực tế phụ thuộc vào tần số, kích thước điện, hình dạng hình học, ánh sáng và điều kiện hoạt động.
Độ định hướng của anten được đo như thế nào?
Độ định hướng thường được xác định từ giản đồ bức xạ đo được. Ăng-ten cần kiểm tra được đặc trưng theo phương ngang và phương thẳng đứng, và dữ liệu trường hoặc công suất thu được được chuẩn hóa để tạo ra giản đồ ba chiều.
- Đo mức độ bức xạ tương đối trong phạm vi góc yêu cầu.
- Xác định cường độ bức xạ tối đa.
- Tích phân mô hình bức xạ trên toàn góc khối để thu được giá trị trung bình không gian.
- Chia cường độ cực đại cho cường độ trung bình và biểu thị kết quả dưới dạng tỷ lệ hoặc đơn vị dBi.
Được kiểm soátkiểm tra antenGiúp giảm hiện tượng phản xạ và sai số đo khi đánh giá các kiểu bức xạ, độ khuếch đại, phân cực và hướng bức xạ.
Ảnh hưởng của kích thước anten đến độ định hướng
Kích thước điện ảnh hưởng mạnh mẽ đến mô hình bức xạ. Một ăng-ten đơn phần tử nhỏ thường tạo ra chùm tia rộng và độ định hướng tương đối thấp. Tăng khẩu độ hiệu dụng theo bước sóng cho phép ăng-ten hoặc mảng ăng-ten tạo ra chùm tia hẹp hơn và đạt được độ định hướng cao hơn.
- Độ định hướng thấp hơn:Hữu ích cho việc phủ sóng diện rộng và thu tín hiệu đến từ nhiều hướng.
- Độ định hướng cao hơn:Hữu ích cho các liên kết tập trung, cải thiện khả năng chọn lọc góc và loại bỏ các tín hiệu nằm ngoài chùm tia chính.
Độ định hướng không chỉ được xác định bởi kích thước vật lý. Hình dạng hình học, phân bố dòng điện, khoảng cách và pha của mảng, độ chiếu sáng của khẩu độ và tần số hoạt động đều ảnh hưởng đến mô hình bức xạ cuối cùng.
Chùm tia hẹp hơn thường tương ứng với độ định hướng cao hơn, nhưng điều này cũng đòi hỏi độ chính xác cao hơn trong việc định hướng và căn chỉnh. Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa độ định hướng, hiệu suất và hiệu năng thực tế, hãy xemhiệu suất và độ lợi của anten.
Câu hỏi thường gặp
Nói một cách đơn giản, độ định hướng của anten là gì?
Đây là thước đo mức độ tập trung bức xạ của ăng-ten theo một hướng so với bức xạ trung bình theo mọi hướng.
Độ định hướng của anten có giống với độ lợi không?
Không. Độ định hướng mô tả sự tập trung của chùm tia, trong khi độ khuếch đại cũng bao gồm hiệu suất bức xạ. Mối quan hệ giữa chúng là G = ηD.
Độ định hướng 0 dBi nghĩa là gì?
Nó tương ứng với một bộ bức xạ đẳng hướng lý tưởng với hệ số định hướng bằng 1. Đây là giá trị tham chiếu được sử dụng để biểu thị độ định hướng tính bằng dBi.
Làm thế nào để tăng độ định hướng của anten?
Độ định hướng có thể được tăng cường bằng cách mở rộng khẩu độ điện hiệu dụng, sử dụng gương phản xạ hoặc thấu kính, tạo thành các mảng có biên độ và pha được kiểm soát, hoặc lựa chọn hình dạng tạo ra chùm tia chính hẹp hơn.
Liệu độ định hướng cao hơn luôn đồng nghĩa với một ăng-ten tốt hơn?
Không. Độ định hướng cao hơn sẽ có lợi khi biết hướng mục tiêu, nhưng vùng phủ sóng rộng hơn có thể quan trọng hơn đối với các ứng dụng di động hoặc đa hướng. Lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào liên kết, vùng phủ sóng, băng thông, hiệu suất và yêu cầu lắp đặt.
Để được hỗ trợ lựa chọn hoặc kiểm tra ăng-ten cho ứng dụng của bạn,tiếp xúc RF MISOhoặc emailinfo@rf-miso.com.
Thời gian đăng bài: 07/11/2023
