Перейти к содержанию

Диаграмма направленности антенны

Усиление антенны в дБи — это значение в лучшем направлении. Как антенна излучает во все остальные стороны, показывает диаграмма направленности, и для подвижных устройств она часто важнее пикового усиления.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Диаграмма направленности (radiation pattern) — зависимость интенсивности излучения или приёма антенны от направления в пространстве. Обычно её строят в дальней зоне и нормируют к максимуму или к изотропному излучателю, тогда значения выражены в дБи, как и усиление антенны.

Плоскости

TI в записке AN058 объясняет, что объёмную диаграмму обычно описывают двумя главными сечениями через максимум:

СечениеПлоскостьУгол
Азимутальноегоризонтальная (XY)φ
Угломестноевертикальная, перпендикулярная азимутальнойθ

Сечения рисуют в полярных координатах. Термины предполагают, что антенна измерена в той ориентации, в которой будет работать.

Всенаправленные и направленные

  • Всенаправленная антенна, например монополь, излучает примерно одинаково по азимуту. TI рекомендует её для подвижных устройств, у которых взаимная ориентация неизвестна.
  • Направленная концентрирует излучение в одну сторону: больше усиление, меньше нужная мощность передатчика, но антенны нужно точно навести.

Высокое усиление не означает хорошую антенну: TI подчёркивает, что для мобильных устройств полезнее смотреть на полную излучённую мощность и КПД. Пример из той же записки: на платах одного размера антенна на 868 МГц имела КПД 91 %, а на 169 МГц — 7 %, потому что для низкой частоты не хватало размеров антенны и земли.

Что меняет диаграмму

Печатная антенна излучает вместе с земляным полигоном, поэтому размер и форма платы меняют и усиление, и диаграмму. Учитывают также поляризацию: в направлении максимума её несовпадение с приёмной антенной съедает часть выигрыша. Выбор и размещение антенн на плате разобраны в статье «Антенны».

Частые вопросы

Что важнее: пиковое усиление или форма диаграммы?

Зависит от применения. TI в AN058 пишет, что для подвижных устройств пиковое усиление не самое интересное: важнее, чтобы связь была примерно одинаковой при любом повороте, и лучшим показателем служат полная излучённая мощность (TRP) и КПД антенны. Направленная антенна выгодна на стационарной линии, где известно, куда её направить.

Почему диаграмма направленности печатной антенны на моей плате другая, чем в даташите?

Потому что антенна излучает вместе с землёй платы. TI показывает, что изменение размера и формы земляного полигона меняет и усиление, и форму диаграммы. Корпус, кабели и рука пользователя меняют её ещё сильнее.

Где измеряют диаграмму направленности?

В дальней зоне антенны, обычно в безэховой камере, поворачивая антенну и записывая уровень в двух или трёх плоскостях. В ближней зоне поле устроено иначе, и такие измерения не дают диаграммы направленности.

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 5.1: усиление относят к идеальной изотропной антенне, дБи; 0 дБд = 2,14 дБи; диаграмма направленности — графическое представление излучательных свойств антенны как функции направления; 3D-картину описывают двумя главными сечениями — азимутальным (горизонталь, плоскость XY) и угломестным (вертикаль), обычно в полярных координатах; размер и форма земляного полигона меняют и усиление, и диаграмму; для подвижных устройств важнее TRP и КПД антенны, чем пиковое усиление; разд. 5.2: для подвижных систем желательна всенаправленная антенна, направленные — для стационарных линий, их положение должно быть известно; разд. 5.3: КПД платы 6 (868 МГц) 91 %, платы 14 (169 МГц) той же площади — 7 %
  2. Texas Instruments. DN031 CC-Antenna-DK and Antenna Measurements Summary, SWRA328 (2010) — измеренные диаграммы направленности и КПД антенн отладочного набора CC-Antenna-DK в трёх плоскостях

Нашли ошибку?

Смотрите также