Vad är antennriktning?
Snabbt svar:Antennriktningsförmågan beskriver hur starkt en antenn koncentrerar utstrålad effekt i en viss riktning jämfört med en ideal isotropisk radiator. En isotropisk radiator har en riktningsförmåga på 1, eller 0 dBi.
Högre riktningseffekt ger ett smalare, mer fokuserat strålningsmönster, medan lägre riktningseffekt ger bredare vinkeltäckning. Riktningseffekten beror på strålningsmönstrets form och inkluderar inte antennförluster.
Det normaliserade strålningsmönstret kan uttryckas i sfäriska koordinater som:
Normaliserat strålningsmönster
Antennriktningsformel
Ett normaliserat strålningsmönster har samma form som det ursprungliga mönstret, men dess maximala värde skalas till 1. Antennriktning, skriven somD, jämför den maximala strålningsintensiteten med den genomsnittliga strålningsintensiteten över alla riktningar.
Nämnaren i ekvationen representerar det totala integrerade mönstret över en sfär. Att dividera toppvärdet med detta rumsliga medelvärde visar hur starkt antennen koncentrerar energi i sin huvudriktning.
Riktningsförmåga kontra förstärkning
Riktningsförmågan beskriver bara hur strålningsmönstret är koncentrerat. Antennförstärkningen tar också hänsyn till strålningseffektivitet, inklusive konduktiva och dielektriska förluster.
Relationen ärG = ηD, varGär vinst,ηär strålningseffektivitet, ochDär riktningsförmågan. En förlustfri antenn har en förstärkning som är lika med dess riktningsförmåga; i en verklig antenn är förstärkningen normalt lägre. Båda värdena uttrycks vanligtvis i dBi när de refereras till en isotropisk radiator.
Exempel på riktningsberäkning
Som ett exempel, betrakta följande två ekvationer för strålningsmönstret för två antenner.
Antenn 1
Antenn 2
Strålningsmönster och riktningsförmåga
Följande mönster varierar med polarvinkelnθoch antas förbli konstanta med azimuten. Antenn 1 sprider sin strålning bredare, medan antenn 2 koncentrerar mer energi kring sin huvudriktning.
Eftersom en smalare huvudstråle representerar en större koncentration av utstrålad effekt förväntas antenn 2 ha högre riktningsverkan.
Figur 1. Jämförelse av de två normaliserade strålningsmönstren. Det mer koncentrerade mönstret har högre riktningsförmåga.
Resultat av beräkning av riktningsförmåga
Att tillämpa direktivitetsekvationen på de två exempelmönstren ger:
- Antenn 1:D = 1,273, eller 1,05 dBi
- Antenn 2:D = 2,707, eller 4,32 dBi
Antenn 2 har högre riktningsförmåga eftersom dess strålning är mer koncentrerad kring toppriktningen. En isotropisk radiator används som 0 dBi-referens trots att den är en idealmodell snarare än en realiserbar fysisk antenn.
Hög kontra låg riktningsfrekvensapplikationer
Antenner med låg riktningsförmågager bred täckningsvinkel och är användbara när signaler kan komma från olika håll, till exempel mobila enheter, fordonsradioapparater och allmän trådlös åtkomst.
Antenner med hög riktningsförmågafokusera energi till en smalare stråle. De är att föredra för satellitlänkar, radar, fjärranalys och punkt-till-punkt-kommunikation där önskad riktning är känd.
Tabellen nedan visar ungefärliga riktningsområden för flera vanliga antenntyper.
Typiska värden för antennriktning
| Antenntyp | Ungefärligt riktningsförhållande | Ungefärlig riktningsförmåga (dBi) |
|---|---|---|
| Kort dipol | 1,5 | 1,76 |
| Halvvågsdipol | 1,64 | 2,15 |
| Patchantenn | 3,2–6,3 | 5-8 |
| Hornantenn | 10-100 | 10-20 |
| Parabolantenn | 10–10 000 | 10-40 |
Dessa värden är representativa intervall. Faktisk riktningsförmåga beror på frekvens, elektrisk storlek, geometri, belysning och driftsförhållanden.
Hur mäts antennens riktningsförmåga?
Riktningsförmågan bestäms vanligtvis från ett uppmätt strålningsmönster. Antennen som testas karakteriseras över azimut och elevation, och de resulterande fält- eller effektdata normaliseras för att skapa ett tredimensionellt mönster.
- Mät den relativa strålningsnivån över det erforderliga vinkelområdet.
- Identifiera den maximala strålningsintensiteten.
- Integrera strålningsmönstret över rymdvinkeln för att erhålla det spatiala medelvärdet.
- Dividera toppintensiteten med medelintensiteten och uttryck resultatet som ett förhållande eller i dBi.
Kontrolleradeantenntestninghjälper till att minska reflektioner och mätosäkerhet vid utvärdering av strålningsmönster, förstärkning, polarisering och riktningsverkan.
Hur antennstorlek påverkar riktningsförmågan
Elektrisk storlek påverkar starkt strålningsmönstret. En liten antenn med ett element producerar normalt en bred stråle och relativt låg riktningsförmåga. Att öka den effektiva aperturen i våglängder gör att en antenn eller matris kan bilda en smalare stråle och uppnå högre riktningsförmåga.
- Lägre riktningsförmåga:användbar för täckning av ett brett område och signaler som kommer från flera håll.
- Högre riktningsförmåga:användbar för fokuserade länkar, förbättrad vinkelselektivitet och avvisning av signaler utanför huvudstrålen.
Riktningsförmågan bestäms inte enbart av fysisk storlek. Geometri, strömfördelning, avstånd och fasning mellan matriser, bländarbelysning och driftsfrekvens påverkar alla det slutliga strålningsmönstret.
En smalare stråle motsvarar generellt högre riktningsförmåga, men det kräver också mer exakt inriktning och uppriktning. För sambandet mellan riktningsförmåga, effektivitet och realiserad prestanda, seantenneffektivitet och förstärkning.
Vanliga frågor
Vad är antennriktningsförhållande enkelt uttryckt?
Det är ett mått på hur starkt en antenn koncentrerar strålning i en riktning jämfört med den genomsnittliga strålningen över alla riktningar.
Är antennens riktningsförhållande detsamma som förstärkning?
Nej. Riktningsförmåga beskriver mönsterkoncentration, medan förstärkning även inkluderar strålningseffektivitet. Deras förhållande är G = ηD.
Vad betyder 0 dBi-riktningsförmåga?
Det motsvarar en ideal isotropisk radiator med ett riktningsförhållande på 1. Det är referensen som används för att uttrycka riktningsförhållandet i dBi.
Hur kan antennens riktningsförmåga ökas?
Riktningsverkan kan ökas genom att förstora den effektiva elektriska aperturen, använda reflektorer eller linser, bilda matriser med kontrollerad amplitud och fas, eller välja en geometri som producerar en smalare huvudstråle.
Betyder högre riktningsförmåga alltid en bättre antenn?
Nej. Högre riktningsförhållande är fördelaktigt när målriktningen är känd, men bred täckning kan vara viktigare för mobila eller multidirektionella applikationer. Rätt val beror på länk, täckning, bandbredd, effektivitet och installationskrav.
För hjälp med att välja eller testa en antenn för din applikation,kontakta RF MISOeller e-postinfo@rf-miso.com.
Publiceringstid: 7 november 2023
