A diretividade é um parâmetro fundamental da antena.Esta é uma medida de como é o padrão de radiação de uma antena direcional.Uma antena que irradia igualmente em todas as direções terá uma diretividade igual a 1. (Isso equivale a zero decibéis -0 dB).
A função das coordenadas esféricas pode ser escrita como um padrão de radiação normalizado:
[Equação 1]
Um padrão de radiação normalizado tem a mesma forma que o padrão de radiação original.O padrão de radiação normalizado é reduzido em magnitude tal que o valor máximo do padrão de radiação é igual a 1. (O maior é a equação [1] de "F").Matematicamente, a fórmula para direcionalidade (tipo "D") é escrita como:
Isto pode parecer uma equação direcional complicada.No entanto, os padrões de radiação das moléculas são de maior valor.O denominador representa a potência média irradiada em todas as direções.A equação é então uma medida do pico de potência irradiada dividida pela média.Isso dá diretividade à antena.
Paradigma direcional
Como exemplo, considere as próximas duas equações para o padrão de radiação de duas antenas.
Antena 1
Antena 2
Esses padrões de radiação são plotados na Figura 1. Observe que o modo de radiação é apenas uma função do ângulo polar teta (θ). O padrão de radiação não é uma função do azimute.(O padrão de radiação azimutal permanece inalterado).O padrão de radiação da primeira antena é menos direcional do que o padrão de radiação da segunda antena.Portanto, esperamos que a diretividade seja menor para a primeira antena.
figura 1. Diagrama do padrão de radiação de uma antena.Tem alta direcionalidade?
Usando a fórmula [1], podemos calcular que a antena possui maior diretividade.Para verificar sua compreensão, pense na Figura 1 e no que é direcionalidade.Em seguida, determine qual antena tem maior diretividade sem usar matemática.
Resultados do cálculo direcional, use a fórmula [1]:
Cálculo da antena direcional 1, 1,273 (1,05 dB).
Cálculo da antena direcional 2, 2,707 (4,32 dB).
Maior diretividade significa uma antena mais focada ou direcional.Isso significa que uma antena de 2 receptores tem 2,707 vezes a potência direcional de seu pico do que uma antena omnidirecional.A antena 1 obterá 1.273 vezes a potência de uma antena omnidirecional.Antenas omnidirecionais são usadas como referência comum, embora não existam antenas isotrópicas.
As antenas de telefones celulares devem ter baixa diretividade porque os sinais podem vir de qualquer direção.Em contraste, as antenas parabólicas têm alta diretividade.Uma antena parabólica recebe sinais de uma direção fixa.Por exemplo, se você adquirir uma antena parabólica, a empresa lhe dirá para onde apontá-la e a antena receberá o sinal desejado.
Terminaremos com uma lista de tipos de antenas e sua diretividade.Isso lhe dará uma ideia de qual direcionalidade é comum.
Tipo de antena Diretividade típica Diretividade típica [decibel] (dB)
Antena dipolo curta 1,5 1,76
Antena dipolo de meia onda 1,64 2,15
Patch (antena microstrip) 3,2-6,3 5-8
Antena tipo corneta 10-100 10-20
Antena parabólica 10-10.000 10-40
Como mostram os dados acima, a diretividade da antena varia muito.Portanto, é importante compreender a diretividade ao selecionar a melhor antena para sua aplicação específica.Se você precisa enviar ou receber energia de múltiplas direções em uma direção, então você deve projetar uma antena com baixa diretividade.Exemplos de aplicações para antenas de baixa diretividade incluem rádios automotivos, telefones celulares e acesso à Internet sem fio em computadores.Por outro lado, se você estiver realizando sensoriamento remoto ou transferência de energia direcionada, será necessária uma antena altamente direcional.Antenas altamente direcionais maximizarão a transferência de energia da direção desejada e reduzirão sinais de direções indesejadas.
Suponha que queiramos uma antena de baixa diretividade.Como vamos fazer isso?
A regra geral da teoria da antena é que você precisa de uma antena eletricamente pequena para produzir baixa diretividade.Ou seja, se você usar uma antena com tamanho total de 0,25 - 0,5 comprimento de onda, você minimizará a diretividade.Antenas dipolo de meia onda ou antenas slot de meio comprimento de onda normalmente têm diretividade inferior a 3 dB.Isso é tão baixo quanto a direcionalidade que você pode obter na prática.
Em última análise, não podemos fabricar antenas menores que um quarto do comprimento de onda sem reduzir a eficiência da antena e a largura de banda da antena.A eficiência e a largura de banda da antena serão discutidas em capítulos futuros.
Para uma antena com alta diretividade, precisaremos de antenas de vários tamanhos de comprimento de onda.Como antenas parabólicas e antenas tipo corneta têm alta diretividade.Isso ocorre em parte porque eles têm muitos comprimentos de onda.
por que é que?Em última análise, a razão tem a ver com as propriedades da transformada de Fourier.Quando você faz a transformada de Fourier de um pulso curto, obtém um amplo espectro.Esta analogia não está presente na determinação do padrão de radiação de uma antena.O padrão de radiação pode ser considerado como a transformada de Fourier da distribuição de corrente ou tensão ao longo da antena.Portanto, antenas pequenas possuem padrões de radiação amplos (e baixa diretividade).Antenas com grande distribuição uniforme de tensão ou corrente Padrões muito direcionais (e alta diretividade).
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Horário da postagem: 07 de novembro de 2023
