כיווניות היא פרמטר בסיסי של האנטנה. זהו מדד לתבנית הקרינה של אנטנה כיוונית. אנטנה שמקרינה באופן שווה לכל הכיוונים תהיה בעלת כיווניות שווה ל-1. (זה שווה ערך לאפס דציבלים -0 dB).
ניתן לכתוב את הפונקציה של קואורדינטות כדוריות כתבנית קרינה מנורמלת:
[משוואה 1]
לתבנית קרינה מנורמלת יש את אותה צורה כמו לתבנית הקרינה המקורית. תבנית הקרינה המנורמלת מצטמצמת בגודל כך שהערך המקסימלי של תבנית הקרינה שווה ל-1. (הגדול ביותר הוא משוואה [1] של "F"). מבחינה מתמטית, הנוסחה לכיווניות (סוג "D") נכתבת כך:
זה אולי נראה כמו משוואה כיוונית מסובכת. עם זאת, דפוסי הקרינה של המולקולות הם בעלי הערך הרב ביותר. המכנה מייצג את ההספק הממוצע המוקרן בכל הכיוונים. המשוואה היא אז מדד של שיא ההספק המוקרן חלקי הממוצע. זה נותן את כיווניות האנטנה.
פרדיגמה כיוונית
כדוגמה, נבחן את שתי המשוואות הבאות עבור תבנית הקרינה של שתי אנטנות.
אנטנה 1
אנטנה 2
דפוסי קרינה אלה מוצגים באיור 1. שימו לב שמצב הקרינה הוא רק פונקציה של זווית הקוטב תטא(θ). דפוס הקרינה אינו פונקציה של האזימוט. (דפוס הקרינה האזימוטלי נשאר ללא שינוי). דפוס הקרינה של האנטנה הראשונה פחות כיוונית מאשר דפוס הקרינה של האנטנה השנייה. לכן, אנו מצפים שהכיווניות תהיה נמוכה יותר עבור האנטנה הראשונה.
איור 1. דיאגרמת דפוס קרינה של אנטנה. בעלת כיווניות גבוהה?
באמצעות נוסחה [1], נוכל לחשב שלאנטנה יש כיווניות גבוהה יותר. כדי לבדוק את הבנתכם, חשבו על איור 1 ומהי כיווניות. לאחר מכן קבעו לאיזו אנטנה יש כיווניות גבוהה יותר מבלי להשתמש במתמטיקה.
תוצאות חישוב כיווניות, השתמשו בנוסחה [1]:
חישוב אנטנה כיוונית 1, 1.273 (1.05 dB).
חישוב אנטנה כיוונית 2, 2.707 (4.32 dB).
כיווניות מוגברת פירושה אנטנה ממוקדת או כיוונית יותר. משמעות הדבר היא שאנטנה עם 2 קליטות בעלת עוצמה כיוונית גדולה פי 2.707 מהשיא שלה בהשוואה לאנטנה רב-כיוונית. אנטנה 1 תקבל עוצמה גדולה פי 1.273 מאנטנה רב-כיוונית. אנטנות רב-כיווניות משמשות כנקודת ייחוס נפוצה למרות שאין אנטנות איזוטרופיות.
לאנטנות של טלפונים סלולריים צריכה להיות כיווניות נמוכה מכיוון שאותות יכולים להגיע מכל כיוון. לעומת זאת, לצלחות לוויין יש כיווניות גבוהה. צלחת לוויין קולטת אותות מכיוון קבוע. לדוגמה, אם אתם מקבלים צלחת טלוויזיה בלוויין, החברה תגיד לכם לאן לכוון אותה והצלחת תקבל את האות הרצוי.
נסיים עם רשימה של סוגי אנטנות וכיווניותן. זה ייתן לכם מושג לגבי איזו כיווניות נפוצה.
סוג אנטנה כיווניות אופיינית כיווניות אופיינית [דציבלים] (dB)
אנטנת דיפול קצרה 1.5 1.76
אנטנת דיפול חצי גל 1.64 2.15
טלאי (אנטנת מיקרוסטריפ) 3.2-6.3 5-8
אנטנת צופר 10-100 10-20
אנטנת צלחת 10-10,000 10-40
כפי שמראים הנתונים לעיל, כיווניות האנטנה משתנה מאוד. לכן, חשוב להבין את כיווניותה בעת בחירת האנטנה הטובה ביותר עבור היישום הספציפי שלך. אם עליך לשלוח או לקבל אנרגיה ממספר כיוונים בכיוון אחד, עליך לתכנן אנטנה עם כיווניות נמוכה. דוגמאות ליישומים לאנטנות עם כיווניות נמוכה כוללות מכשירי רדיו לרכב, טלפונים סלולריים וגישה אלחוטית לאינטרנט במחשבים. לעומת זאת, אם אתה מבצע חישה מרחוק או העברת חשמל ממוקדת, תידרש אנטנה בעלת כיווניות גבוהה. אנטנות כיווניות גבוהה ימקסמו את העברת החשמל מהכיוון הרצוי ויפחיתו אותות מכיוונים לא רצויים.
נניח שאנחנו רוצים אנטנה בעלת כיווניות נמוכה. כיצד נעשה זאת?
הכלל הכללי של תורת האנטנות הוא שצריך אנטנה קטנה מבחינה חשמלית כדי לייצר כיווניות נמוכה. כלומר, אם משתמשים באנטנה בגודל כולל של 0.25 - 0.5 אורך גל, אזי הכיווניות תמזערו. אנטנות דיפול חצי גל או אנטנות חריץ חצי אורך גל בדרך כלל בעלות כיווניות של פחות מ-3 dB. זוהי כיווניות נמוכה ביותר שניתן להשיג בפועל.
בסופו של דבר, איננו יכולים לייצר אנטנות קטנות יותר מרבע אורך גל מבלי להפחית את יעילות האנטנה ואת רוחב הפס שלה. יעילות האנטנה ורוחב הפס של האנטנה יידונו בפרקים הבאים.
עבור אנטנה בעלת כיווניות גבוהה, נצטרך אנטנות בגדלי אורכי גל רבים. כגון אנטנות צלחת לוויין ואנטנות צופר בעלות כיווניות גבוהה. זה נובע בין היתר מכך שהן באורך של אורכי גל רבים.
למה זה כך? בסופו של דבר, הסיבה קשורה לתכונות של טרנספורמציית פורייה. כאשר לוקחים את טרנספורמציית פורייה של פולס קצר, מקבלים ספקטרום רחב. אנלוגיה זו אינה קיימת בקביעת דפוס הקרינה של אנטנה. ניתן לחשוב על דפוס הקרינה כטרנספורמציית פורייה של התפלגות הזרם או המתח לאורך האנטנה. לכן, לאנטנות קטנות יש דפוסי קרינה רחבים (וכיווניות נמוכה). אנטנות עם התפלגות מתח או זרם אחידה גדולה דפוסי כיווניות מאוד (וכיווניות גבוהה).
E-mail:info@rf-miso.com
טלפון: 0086-028-82695327
אתר אינטרנט: www.rf-miso.com
זמן פרסום: 7 בנובמבר 2023
