Richtingsgevoeligheid is een fundamentele antenneparameter. Dit is een maatstaf voor het stralingspatroon van een richtantenne. Een antenne die in alle richtingen gelijkmatig straalt, heeft een richtgevoeligheid van 1. (Dit komt overeen met nul decibel -0 dB).
De functie van bolcoördinaten kan worden geschreven als een genormaliseerd stralingspatroon:
[Vergelijking 1]
Een genormaliseerd stralingspatroon heeft dezelfde vorm als het oorspronkelijke stralingspatroon. Het genormaliseerde stralingspatroon wordt in grootte gereduceerd, zodat de maximale waarde van het stralingspatroon gelijk is aan 1. (De grootste is vergelijking [1] van "F"). Wiskundig gezien luidt de formule voor directionaliteit (type "D") als volgt:
Dit lijkt misschien een ingewikkelde richtingsvergelijking. De stralingspatronen van moleculen zijn echter van het grootste belang. De noemer geeft het gemiddelde uitgestraalde vermogen in alle richtingen weer. De vergelijking is dan een maat voor het piek uitgestraalde vermogen gedeeld door het gemiddelde. Dit geeft de richtingsgevoeligheid van de antenne aan.
Richtinggevend paradigma
Bekijk als voorbeeld de volgende twee vergelijkingen voor het stralingspatroon van twee antennes.
Antenne 1
Antenne 2
Deze stralingspatronen zijn weergegeven in figuur 1. Merk op dat de stralingsmodus alleen een functie is van de poolhoek theta(θ). Het stralingspatroon is geen functie van de azimut. (Het azimutale stralingspatroon blijft ongewijzigd.) Het stralingspatroon van de eerste antenne is minder richtingsgevoelig dan dat van de tweede antenne. Daarom verwachten we dat de richtingsgevoeligheid van de eerste antenne lager is.
Figuur 1. Stralingsdiagram van een antenne. Heeft een hoge richtinggevoeligheid?
Met behulp van formule [1] kunnen we berekenen dat de antenne een hogere richtingsgevoeligheid heeft. Om je begrip te controleren, denk na over figuur 1 en wat richtingsgevoeligheid is. Bepaal vervolgens welke antenne een hogere richtingsgevoeligheid heeft zonder wiskunde te gebruiken.
Resultaten van de richtingberekening, gebruik formule [1]:
Berekening van richtantenne 1, 1,273 (1,05 dB).
Berekening van de richtantenne 2, 2,707 (4,32 dB).
Een hogere richtingsgevoeligheid betekent een meer gefocuste of gerichte antenne. Dit betekent dat een antenne met 2 ontvangers 2,707 keer zoveel richtvermogen heeft als zijn piek dan een omnidirectionele antenne. Antenne 1 krijgt 1,273 keer zoveel vermogen als een omnidirectionele antenne. Omnidirectionele antennes worden als algemene referentie gebruikt, hoewel er geen isotrope antennes bestaan.
Antennes voor mobiele telefoons zouden een lage richtingsgevoeligheid moeten hebben, omdat signalen uit elke richting kunnen komen. Satellietschotels daarentegen hebben een hoge richtingsgevoeligheid. Een satellietschotel ontvangt signalen uit een vaste richting. Als u bijvoorbeeld een satelliet-tv-schotel koopt, vertelt het bedrijf u waar u deze moet richten en de schotel ontvangt het gewenste signaal.
We sluiten af met een lijst van antennetypen en hun richtingsgevoeligheid. Dit geeft je een idee van welke richtingsgevoeligheid gebruikelijk is.
Antennetype Typische richtingsgevoeligheid Typische richtingsgevoeligheid [decibel] (dB)
Korte dipoolantenne 1,5 1,76
Halve-golf dipoolantenne 1,64 2,15
Patch (microstripantenne) 3,2-6,3 5-8
Hoornantenne 10-100 10-20
Schotelantenne 10-10.000 10-40
Zoals de bovenstaande gegevens laten zien, varieert de richtingsgevoeligheid van antennes sterk. Daarom is het belangrijk om de richtingsgevoeligheid te begrijpen bij het selecteren van de beste antenne voor uw specifieke toepassing. Als u energie uit meerdere richtingen in één richting moet verzenden of ontvangen, moet u een antenne met een lage richtingsgevoeligheid ontwerpen. Voorbeelden van toepassingen voor antennes met een lage richtingsgevoeligheid zijn autoradio's, mobiele telefoons en draadloze internettoegang op computers. Omgekeerd, als u zich bezighoudt met remote sensing of gerichte vermogensoverdracht, is een zeer directionele antenne vereist. Zeer directionele antennes maximaliseren de vermogensoverdracht vanuit de gewenste richting en verminderen signalen uit ongewenste richtingen.
Stel dat we een antenne met lage richtingsgevoeligheid willen. Hoe doen we dat?
De algemene regel van de antennetheorie is dat je een elektrisch kleine antenne nodig hebt om een lage richtingsgevoeligheid te produceren. Dat wil zeggen, als je een antenne gebruikt met een totale golflengte van 0,25 - 0,5 golflengte, dan minimaliseer je de richtingsgevoeligheid. Halvegolfdipoolantennes of halvegolfsleufantennes hebben doorgaans een richtingsgevoeligheid van minder dan 3 dB. Dit is de laagst mogelijke richtingsgevoeligheid die je in de praktijk kunt bereiken.
Uiteindelijk kunnen we geen antennes kleiner dan een kwart golflengte maken zonder de efficiëntie en de bandbreedte van de antenne te verminderen. Antenne-efficiëntie en antennebandbreedte zullen in toekomstige hoofdstukken worden besproken.
Voor een antenne met een hoge richtingsgevoeligheid hebben we antennes met verschillende golflengtes nodig. Satellietschotelantennes en hoornantennes hebben bijvoorbeeld een hoge richtingsgevoeligheid. Dit komt deels doordat ze veel golflengtes lang zijn.
Waarom is dat zo? Uiteindelijk heeft de reden te maken met de eigenschappen van de Fouriertransformatie. Wanneer je de Fouriertransformatie van een korte puls neemt, krijg je een breed spectrum. Deze analogie is niet aanwezig bij het bepalen van het stralingspatroon van een antenne. Het stralingspatroon kan worden beschouwd als de Fouriertransformatie van de stroom- of spanningsverdeling langs de antenne. Kleine antennes hebben daarom brede stralingspatronen (en een lage richtingsgevoeligheid). Antennes met een grote, uniforme spannings- of stroomverdeling hebben zeer richtingspatronen (en een hoge richtingsgevoeligheid).
E-mail:info@rf-miso.com
Telefoon: 0086-028-82695327
Website: www.rf-miso.com
Plaatsingstijd: 07-11-2023
