Wat is antennerichting?
Kort antwoord:De richtingsgevoeligheid van een antenne beschrijft hoe sterk een antenne het uitgestraalde vermogen in een bepaalde richting concentreert in vergelijking met een ideale isotrope straler. Een isotrope straler heeft een richtingsgevoeligheid van 1, oftewel 0 dBi.
Een hogere richtingsgevoeligheid resulteert in een smaller, meer gefocust stralingspatroon, terwijl een lagere richtingsgevoeligheid een bredere hoekdekking biedt. De richtingsgevoeligheid is afhankelijk van de vorm van het stralingspatroon en houdt geen rekening met antenneverliezen.
Het genormaliseerde stralingspatroon kan in sferische coördinaten als volgt worden uitgedrukt:
Genormaliseerd stralingspatroon
Antennerichtingsformule
Een genormaliseerd stralingspatroon heeft dezelfde vorm als het oorspronkelijke patroon, maar de maximale waarde ervan is geschaald naar 1. De antennerichtingsgevoeligheid wordt geschreven alsD, vergelijkt de maximale stralingsintensiteit met de gemiddelde stralingsintensiteit over alle richtingen.
De noemer van de vergelijking vertegenwoordigt het totale stralingspatroon, geïntegreerd over een bol. Door de piekwaarde te delen door dit ruimtelijk gemiddelde, wordt duidelijk hoe sterk de antenne energie concentreert in de hoofdrichting.
Richtingsgevoeligheid versus versterking
Directiviteit beschrijft alleen hoe het stralingspatroon geconcentreerd is. Antenneversterking houdt ook rekening met de stralingsefficiëntie, inclusief geleidings- en diëlektrische verliezen.
De relatie isG = ηD, waarGis winst,ηis stralingsefficiëntie, enDDirectiviteit is de richtingsgevoeligheid. Een verliesvrije antenne heeft een versterking gelijk aan de richtingsgevoeligheid; bij een echte antenne is de versterking normaal gesproken lager. Beide waarden worden gewoonlijk uitgedrukt in dBi ten opzichte van een isotrope straler.
Voorbeeld van een richtingsgevoeligheidsberekening
Neem bijvoorbeeld de volgende twee vergelijkingen voor het stralingspatroon van twee antennes.
Antenne 1
Antenne 2
Stralingspatroon en richting
De volgende patronen variëren met de poolhoek.θen worden verondersteld constant te blijven met de azimut. Antenne 1 spreidt zijn straling breder uit, terwijl Antenne 2 meer energie concentreert rond zijn hoofdrichting.
Omdat een smallere hoofdstraal een grotere concentratie van uitgestraald vermogen vertegenwoordigt, wordt verwacht dat antenne 2 een hogere richtingsgevoeligheid heeft.
Figuur 1. Vergelijking van de twee genormaliseerde stralingspatronen. Het meer geconcentreerde patroon heeft een hogere directiviteit.
Resultaten van de richtingsgevoeligheidsberekening
Door de richtingsvergelijking toe te passen op de twee voorbeeldpatronen, verkrijgen we:
- Antenne 1:D = 1,273, oftewel 1,05 dBi
- Antenne 2:D = 2,707, oftewel 4,32 dBi
Antenne 2 heeft een hogere richtingsgevoeligheid omdat de straling meer geconcentreerd is rond de piekrichting. Een isotrope straler wordt gebruikt als referentie voor 0 dBi, hoewel dit een ideaal model is en geen realiseerbare fysieke antenne.
Toepassingen met hoge versus lage richtingsgevoeligheid
Antennes met lage richtingsgevoeligheidZe bieden een brede hoekdekking en zijn handig wanneer signalen uit verschillende richtingen kunnen komen, zoals van mobiele apparaten, autoradio's en algemene draadloze toegang.
Antennes met hoge richtingsgevoeligheidZe bundelen energie in een smallere straal. Ze worden bij voorkeur gebruikt voor satellietverbindingen, radar, teledetectie en punt-naar-puntcommunicatie waarbij de gewenste richting bekend is.
De tabel hieronder toont de geschatte richtingsgevoeligheidsbereiken voor verschillende gangbare antennetypes.
Typische waarden voor de richtingsgevoeligheid van antennes
| Antennetype | Geschatte richtingsverhouding | Geschatte richtingsgevoeligheid (dBi) |
|---|---|---|
| Korte dipool | 1.5 | 1.76 |
| Halfgolfdipool | 1.64 | 2.15 |
| Patch-antenne | 3.2-6.3 | 5-8 |
| Hoornantenne | 10-100 | 10-20 |
| Schotelantenne | 10-10.000 | 10-40 |
Deze waarden zijn representatieve bereiken. De werkelijke richtingsgevoeligheid is afhankelijk van de frequentie, de elektrische afmetingen, de geometrie, de verlichting en de bedrijfsomstandigheden.
Hoe wordt de richtingsgevoeligheid van een antenne gemeten?
De richtingsgevoeligheid wordt doorgaans bepaald aan de hand van een gemeten stralingspatroon. De te testen antenne wordt gekarakteriseerd over azimut en elevatie, en de resulterende veld- of vermogensgegevens worden genormaliseerd om een driedimensionaal patroon te creëren.
- Meet het relatieve stralingsniveau over het vereiste hoekbereik.
- Bepaal de maximale stralingsintensiteit.
- Integreer het stralingspatroon over de ruimtehoek om het ruimtelijk gemiddelde te verkrijgen.
- Deel de piekintensiteit door de gemiddelde intensiteit en druk het resultaat uit als een verhouding of in dBi.
Gecontroleerdantenne testenHelpt reflecties en meetonzekerheid te verminderen bij het evalueren van stralingspatronen, versterking, polarisatie en richtingsgevoeligheid.
Hoe de antennegrootte de richtingsgevoeligheid beïnvloedt
De elektrische afmetingen hebben een grote invloed op het stralingspatroon. Een kleine antenne met één element produceert normaal gesproken een brede bundel en een relatief lage directiviteit. Door de effectieve apertuur in golflengten te vergroten, kan een antenne of antenne-array een smallere bundel vormen en een hogere directiviteit bereiken.
- Lagere richtingsgevoeligheid:Handig voor dekking over grote gebieden en signalen die vanuit meerdere richtingen binnenkomen.
- Hogere richtingsgevoeligheid:Nuttig voor gerichte verbindingen, verbeterde hoekselectiviteit en onderdrukking van signalen buiten de hoofdstraal.
De richtingsgevoeligheid wordt niet alleen bepaald door de fysieke afmetingen. Geometrie, stroomverdeling, afstand en fase van de array, belichting van de opening en de werkfrequentie hebben allemaal invloed op het uiteindelijke stralingspatroon.
Een smallere lichtbundel komt over het algemeen overeen met een hogere richtingsgevoeligheid, maar vereist ook een nauwkeurigere positionering en uitlijning. Voor het verband tussen richtingsgevoeligheid, efficiëntie en gerealiseerde prestaties, zieantenne-efficiëntie en -versterking.
Veelgestelde vragen
Wat is antennerichtingsgevoeligheid in eenvoudige bewoordingen?
Het is een maatstaf voor hoe sterk een antenne straling in één richting concentreert in vergelijking met de gemiddelde straling over alle richtingen.
Is de richtingsgevoeligheid van een antenne hetzelfde als de versterking?
Nee. Directiviteit beschrijft de patroonconcentratie, terwijl versterking ook de stralingsefficiëntie omvat. Hun relatie is G = ηD.
Wat betekent een richtingsgevoeligheid van 0 dBi?
Dit komt overeen met een ideale isotrope straler met een richtingscoëfficiënt van 1. Het is de referentie die wordt gebruikt om de richtingsgevoeligheid in dBi uit te drukken.
Hoe kan de richtingsgevoeligheid van een antenne worden verhoogd?
De richtingsgevoeligheid kan worden verhoogd door de effectieve elektrische opening te vergroten, reflectoren of lenzen te gebruiken, arrays te vormen met gecontroleerde amplitude en fase, of een geometrie te kiezen die een smallere hoofdstraal produceert.
Betekent een hogere richtingsgevoeligheid altijd een betere antenne?
Nee. Een hogere directionaliteit is gunstig wanneer de doelrichting bekend is, maar een breed bereik kan belangrijker zijn voor mobiele of multidirectionele toepassingen. De juiste keuze hangt af van de verbinding, het bereik, de bandbreedte, de efficiëntie en de installatievereisten.
Voor hulp bij het selecteren of testen van een antenne voor uw toepassing,neem contact op met RF MISOof e-mailinfo@rf-miso.com.
Geplaatst op: 7 november 2023
