Перейти к содержанию

Дипольная антенна

Полуволновый диполь — эталон, от которого отсчитывают почти все антенны радиомодулей. Монополь на плате, IFA и спираль — его производные, а единица усиления дБд прямо означает «относительно диполя».

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Дипольная антенна (диполь, симметричный вибратор) — антенна из двух одинаковых проводников, подключённых к линии питания в середине. Обычно имеют в виду полуволновый диполь: общая длина около λ/2, по λ/4 на каждую половину. Он сильнее всего излучает в плоскости, перпендикулярной своей оси, а вдоль оси у него ноль диаграммы направленности; поэтому TI советует ставить его вертикально — максимум направлен по горизонту, нули смотрят вверх и вниз (AN058, разд. 3.1).

Эталон усиления

Усиление антенны задают относительно эталонной — изотропного излучателя или полуволнового диполя, в дБи или дБд (R&S 1MA98, разд. 5.9). Диполь сам концентрирует излучение, поэтому

0 дБд=2,14 дБи0\ \text{дБд} = 2{,}14\ \text{дБи}

(TI AN058, разд. 5.1). Значение в дБд переводят в дБи, прибавляя 2,14, — иначе при сравнении антенн и в расчёте ЭИИМ легко ошибиться на 2 дБ. Подробнее — в статье «Усиление антенны».

Длина

Длина волны в свободном пространстве λ = c/f; TI приводит готовые значения (AN058, табл. 1):

ЧастотаλПоловина диполя λ/4
433 МГц69,2 см17,3 см
868 МГц34,5 см8,6 см
915 МГц32,8 см8,2 см
2,4 ГГц12,5 см3,1 см

На деле длину подстраивают по измерению КСВ в конечном окружении (AN058, разд. 6.2.5). Посчитать длину волны для своей частоты поможет калькулятор. TI отмечает и обратную сторону: при тех же мощности, чувствительности и усилении снижение частоты вдвое удваивает дальность в прямой видимости, но антенна становится вдвое длиннее (разд. 3.3).

Монополь — половина диполя

Четвертьволновая антенна на плате — это диполь, у которого вторую половину заменяет земля: проводник λ/4 и полигон вместе работают как полуволновый диполь. Поэтому её характеристики зависят от размера земли, а все малые антенны — печатные, чиповые, спиральные — TI называет производными диполя, у которого один элемент свёрнут в землю (AN058, разд. 3.2).

Каков он в деле

Покупной штыревой диполь на разъёме — самый простой путь к хорошей антенне. В измерениях TI штыревой диполь Nearson показал КПД 70,49 % и усиление 1,42 дБи на 868 МГц и 89,09 % и 2,71 дБи на 915 МГц (DN031, разд. 4.8.3). Как выбрать антенну для модуля и согласовать её — в статье «Антенны для радиомодулей».

Частые вопросы

Какой длины полуволновый диполь для 433 и 868 МГц?

По таблице TI AN058 длина волны в свободном пространстве — 69,2 см на 433 МГц и 34,5 см на 868 МГц, значит полуволновый диполь — около 34,6 и 17,3 см, по 17,3 и 8,6 см на каждую половину. Окончательную длину подстраивают в том окружении, где антенна будет работать: TI советует настраивать антенну длиной и элементами согласования на месте (AN058, разд. 6.2.5).

Чем дБд отличается от дБи?

Опорной антенной. дБи — усиление относительно изотропного излучателя, который излучает одинаково во все стороны, дБд — относительно полуволнового диполя. Диполь сам концентрирует излучение, поэтому 0 дБд = 2,14 дБи. Чтобы сравнить антенны, переводите всё в дБи: прибавляйте 2,14 к значению в дБд.

Как ставить дипольную антенну?

Перпендикулярно направлению на корреспондента: диполь сильнее всего излучает в плоскости, перпендикулярной своей оси, а вдоль оси у него ноль. TI советует монтировать его вертикально — тогда максимум излучения направлен по горизонту во все стороны, а нули смотрят вверх и вниз. Обе антенны линии ориентируют одинаково, чтобы совпала поляризация.

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide (SWRA161B, 2010) — разд. 3.1: диполь обычно полуволновый; сильнее всего излучает в плоскости, перпендикулярной оси, ноль диаграммы — вдоль оси; монтировать вертикально; разд. 3.2: монополь λ/4 с землёй как второй половиной — эффективная антенна λ/2, все малые антенны — производные диполя, у которого один элемент свёрнут в землю; разд. 3.3, табл. 1: λ/4 и λ для 2,4 ГГц — 3,1 и 12,5 см, 915 МГц — 8,2 и 32,8 см, 868 МГц — 8,6 и 34,5 см, 433 МГц — 17,3 и 69,2 см; снижение частоты вдвое удваивает дальность в прямой видимости при тех же мощности, чувствительности и усилении; разд. 5.1: 0 дБд = 2,14 дБи; разд. 6.2.5: антенну настраивают длиной и элементами согласования в конечном окружении
  2. Texas Instruments. DN031 CC-Antenna-DK and Antenna Measurements Summary (SWRA328, 2010) — разд. 4.8.3, табл.: штыревой диполь Nearson — на 868 МГц КПД 70,49 %, усиление 1,42 дБи, направленность 2,94 дБи; на 915 МГц — 89,09 %, 2,71 дБи и 3,21 дБи
  3. Rohde & Schwarz. dB or not dB? Everything you ever wanted to know about decibels but were afraid to ask (Application Note 1MA98_14e, 9.2024) — разд. 5.9: усиление антенны задают относительно эталонной — изотропного излучателя или полуволнового диполя, в дБи или дБд

Нашли ошибку?

Смотрите также