Cos'e' un modello di antenna?

Cos'è un modello di antenna?

Il diagramma del diagramma dell'antenna, noto anche come diagramma di radiazione o diagramma di campo lontano, non fornisce il guadagno dell'antenna; produce un coefficiente di direttività. Guadagno dell'antenna = coefficiente di direttività × efficienza dell'antenna. Pertanto, il coefficiente di direttività è sempre maggiore del guadagno.

G=D*N%.

Poiché l'efficienza dell'antenna generalmente non è del 100%, G < d. Quando si calcola la direttività D dell'antenna, è comune utilizzare l'ampiezza del fascio del lobo principale come mostrato nel diagramma di radiazione, come l'ampiezza del fascio a metà potenza, ovvero l'ampiezza del fascio alla quale il livello del segnale scende di 3 dB.

Guadagno dell'antenna

Il guadagno dell'antenna si riferisce al rapporto tra la densità di potenza del segnale generato da un'antenna reale e quella generata da un elemento radiante ideale nello stesso punto nello spazio, in condizioni di uguale potenza in ingresso. Descrive quantitativamente il grado con cui un'antenna concentra la radiazione della potenza in ingresso. Il guadagno è chiaramente strettamente correlato al modello dell'antenna; più stretto è il lobo principale e più piccoli i lobi laterali, maggiore è il guadagno. Il guadagno dell'antenna viene utilizzato per misurare la capacità di un'antenna di trasmettere e ricevere segnali in una direzione specifica; è uno dei parametri più importanti nella scelta delle antenne della stazione base. In generale, l’aumento del guadagno si basa principalmente sulla riduzione dell’ampiezza del fascio sul piano verticale mantenendo le prestazioni di radiazione omnidirezionale sul piano orizzontale. Il guadagno dell'antenna è fondamentale per la qualità operativa dei sistemi di comunicazione mobile, poiché determina il livello del segnale al confine della cella. L'aumento del guadagno può espandere la copertura di rete in una direzione specifica o aumentare il margine di guadagno all'interno di un'area definita. Poiché qualsiasi sistema cellulare è un processo bidirezionale, l'aumento del guadagno dell'antenna riduce contemporaneamente il margine di budget del guadagno per il sistema bidirezionale. Inoltre, il guadagno dell'antenna è espresso in dBd e dBi. dBi rappresenta il guadagno relativo ad un'antenna puntiforme, che irradia uniformemente in tutte le direzioni; dBd rappresenta il guadagno relativo ad un'antenna a dipolo simmetrico, dove dBi = dBd + 2,15. In condizioni identiche, maggiore è il guadagno, maggiore è la distanza percorsa dalle onde radio. Generalmente, il guadagno dell'antenna per una stazione base direzionale GSM è di 18 dBi, mentre quello per una stazione base direzionale GSM è di 18 dBila stazione base omnidirezionale è di 11 dBi.

Caratteristiche dei parametri del modello di antenna:

Per facilitare il confronto delle caratteristiche del diagramma di radiazione di varie antenne, è necessario definire alcuni parametri caratteristici. Questi includono principalmente: larghezza del lobo principale, livello del lobo laterale, rapporto fronte-retro e direttività, tra gli altri.
1. Larghezza del lobo principale: una quantità fisica che misura la nitidezza della regione di massima radiazione di un'antenna. È tipicamente definito come la larghezza tra i due punti di metà potenza del lobo principale nel diagramma di radiazione dell'antenna.
2. Livello del lobo laterale: si riferisce al livello del primo lobo laterale più vicino al lobo principale e con il livello più alto; generalmente è espresso in decibel.
3. Rapporto avanti-indietro: questo è il rapporto tra il livello di radiazione nella direzione di massima radiazione (avanti) e quello nella direzione opposta (posteriore), tipicamente misurato in decibel.
4. Coefficiente direzionale: ad una determinata distanza dall'antenna, questo è il rapporto tra la densità del flusso di potenza di radiazione nella direzione della massima radiazione e la densità di flusso di potenza di radiazione di un'antenna omnidirezionale ideale con la stessa potenza di radiazione alla stessa distanza.

Tracciare un modello di antenna

Un modello di antenna è una rappresentazione grafica della relazione tra le caratteristiche di radiazione di un'antenna (ampiezza del campo, fase e polarizzazione) e gli angoli spaziali. Un modello completo è una figura spaziale tridimensionale, come mostrato nella Figura 3.1. Viene tracciato misurando le caratteristiche della radiazione punto per punto su una superficie sferica con raggio r sufficientemente grande, con il centro di fase dell'antenna come centro della sfera (l'origine del sistema di coordinate). La misurazione dell'ampiezza del campo produce il modello dell'ampiezza del campo; la misurazione della potenza produce un modello di potenza; la misurazione della polarizzazione produce un modello di polarizzazione; e la misurazione della fase produce uno schema di fase. Se non diversamente specificato, tutti i riferimenti a “modelli” in questo libro si riferiscono a modelli di ampiezza di campo. Mappare modelli tridimensionali è piuttosto complicato; in pratica, generalmente è sufficiente misurare i modelli sui piani orizzontale e verticale (cioè sui piani XY e XZ)

I diagrammi di radiazione dell'antenna possono essere tracciati utilizzando le coordinate polari o le coordinate cartesiane. I grafici delle coordinate polari sono intuitivi e semplici e consentono di osservare direttamente le caratteristiche di distribuzione spaziale del campo di radiazione dell'antenna. Tuttavia, quando il lobo principale di una configurazione di antenna è stretto e i livelli dei lobi laterali sono bassi, il metodo delle coordinate cartesiane offre maggiori vantaggi. Questo perché sia ​​l'asse orizzontale (che rappresenta l'angolo) che l'asse verticale (che rappresenta l'intensità della radiazione) possono essere scelti arbitrariamente; ad esempio, anche una larghezza del lobo principale inferiore a 1° può essere rappresentata chiaramente, mentre ciò è impossibile con le coordinate polari. La Figura 2 mostra le due rappresentazioni delle coordinate dello stesso modello di antenna.

Rappresentazione del diagramma direzionale in Figura 2: (a) Coordinate polari; (b) Coordinate rettangolari

I diagrammi polari sono generalmente tracciati su una scala normalizzata, il che significa che la lunghezza radiale (in coordinate polari) o la coordinata y (in coordinate cartesiane) è espressa come l'intensità del campo relativa E(θ, φ)/Emax, dove E(θ, φ) è l'intensità del campo in una determinata direzione ed Emax è l'intensità del campo nella direzione della massima radiazione. Pertanto, il massimo normalizzato è 1. Per antenne con livelli dei lobi laterali estremamente bassi, il diagramma di radiazione è solitamente espresso in decibel, con il massimo normalizzato impostato su 0 dB. La Figura 3 mostra il diagramma di radiazione della stessa antenna espresso sia in intensità di campo normalizzata che in decibel in coordinate cartesiane.