दिशात्मकता एक मूलभूत एंटीना पैरामीटर है। यह इस बात का माप है कि किसी दिशात्मक एंटीना का विकिरण पैटर्न कैसा है। एक एंटीना जो सभी दिशाओं में समान रूप से विकिरण करता है, उसकी दिशात्मकता 1 के बराबर होती है। (यह शून्य डेसिबल (-0 dB) के समतुल्य है)।
गोलाकार निर्देशांकों के फलन को मानकीकृत विकिरण पैटर्न के रूप में लिखा जा सकता है:
[समीकरण 1]
सामान्यीकृत विकिरण पैटर्न का आकार मूल विकिरण पैटर्न के समान होता है। सामान्यीकृत विकिरण पैटर्न का परिमाण इस प्रकार कम किया जाता है कि विकिरण पैटर्न का अधिकतम मान 1 के बराबर हो। (सबसे बड़ा मान "F" के समीकरण [1] में दिया गया है)। गणितीय रूप से, दिशात्मकता (प्रकार "D") का सूत्र इस प्रकार लिखा जाता है:
यह दिशात्मक समीकरण देखने में जटिल लग सकता है। हालांकि, अणुओं के विकिरण पैटर्न का सबसे अधिक महत्व है। हर दिशा में विकीर्ण होने वाली औसत शक्ति को हर में दर्शाया गया है। समीकरण शिखर विकीर्ण शक्ति को औसत से विभाजित करने का माप है। इससे एंटीना की दिशात्मकता प्राप्त होती है।
दिशात्मक प्रतिमान
उदाहरण के तौर पर, दो एंटेना के विकिरण पैटर्न के लिए निम्नलिखित दो समीकरणों पर विचार करें।
एंटीना 1
एंटीना 2
इन विकिरण पैटर्नों को चित्र 1 में दर्शाया गया है। कृपया ध्यान दें कि विकिरण मोड केवल ध्रुवीय कोण थीटा (θ) का फलन है। विकिरण पैटर्न दिगंश का फलन नहीं है। (दिगंशीय विकिरण पैटर्न अपरिवर्तित रहता है)। पहले एंटीना का विकिरण पैटर्न दूसरे एंटीना के विकिरण पैटर्न की तुलना में कम दिशात्मक है। इसलिए, हम पहले एंटीना के लिए दिशात्मकता कम होने की उम्मीद करते हैं।
चित्र 1. एक एंटीना का विकिरण पैटर्न आरेख। क्या इसमें उच्च दिशात्मकता है?
सूत्र [1] का उपयोग करके, हम गणना कर सकते हैं कि एंटीना की दिशात्मकता अधिक है। अपनी समझ की जाँच करने के लिए, चित्र 1 और दिशात्मकता के अर्थ पर विचार करें। फिर बिना किसी गणितीय गणना का उपयोग किए यह निर्धारित करें कि किस एंटीना की दिशात्मकता अधिक है।
दिशात्मक गणना परिणाम, सूत्र [1] का उपयोग करें:
दिशात्मक एंटेना 1 गणना, 1.273 (1.05 dB).
दिशात्मक एंटेना 2 गणना, 2.707 (4.32 dB).
बढ़ी हुई दिशात्मकता का अर्थ है अधिक केंद्रित या दिशात्मक एंटेना। इसका अर्थ है कि एक 2-प्राप्त करने वाले एंटेना की शिखर दिशात्मक शक्ति एक सर्वदिशात्मक एंटेना की तुलना में 2.707 गुना अधिक होती है। एंटेना 1 को सर्वदिशात्मक एंटेना की शक्ति का 1.273 गुना प्राप्त होगा। सर्वदिशात्मक एंटेना का उपयोग एक सामान्य संदर्भ के रूप में किया जाता है, भले ही कोई आइसोट्रोपिक एंटेना मौजूद न हो।
मोबाइल फोन के एंटेना की दिशात्मकता कम होनी चाहिए क्योंकि सिग्नल किसी भी दिशा से आ सकते हैं। इसके विपरीत, सैटेलाइट डिश की दिशात्मकता अधिक होती है। सैटेलाइट डिश एक निश्चित दिशा से सिग्नल प्राप्त करती है। उदाहरण के लिए, यदि आप सैटेलाइट टीवी डिश लगवाते हैं, तो कंपनी आपको बताएगी कि इसे किस दिशा में लगाना है और डिश वांछित सिग्नल प्राप्त कर लेगी।
अंत में हम एंटेना के प्रकार और उनकी दिशात्मकता की सूची देंगे। इससे आपको यह समझने में मदद मिलेगी कि आमतौर पर किस प्रकार की दिशात्मकता पाई जाती है।
एंटीना का प्रकार, विशिष्ट दिशात्मकता, विशिष्ट दिशात्मकता [डेसिबल] (dB)
लघु द्विध्रुवीय एंटीना 1.5 1.76
अर्ध-तरंग द्विध्रुवीय एंटीना 1.64 2.15
पैच (माइक्रोस्ट्रिप एंटीना) 3.2-6.3 5-8
हॉर्न एंटीना 10-100 10-20
डिश एंटीना 10-10,000 10-40
ऊपर दिए गए डेटा से पता चलता है कि एंटीना की दिशात्मकता में काफी भिन्नता होती है। इसलिए, अपने विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम एंटीना का चयन करते समय दिशात्मकता को समझना महत्वपूर्ण है। यदि आपको एक ही दिशा में कई दिशाओं से ऊर्जा भेजनी या प्राप्त करनी है, तो आपको कम दिशात्मकता वाला एंटीना डिज़ाइन करना चाहिए। कम दिशात्मकता वाले एंटीना के अनुप्रयोगों के उदाहरणों में कार रेडियो, मोबाइल फोन और कंप्यूटर वायरलेस इंटरनेट एक्सेस शामिल हैं। इसके विपरीत, यदि आप रिमोट सेंसिंग या लक्षित शक्ति स्थानांतरण कर रहे हैं, तो उच्च दिशात्मकता वाले एंटीना की आवश्यकता होगी। उच्च दिशात्मकता वाले एंटीना वांछित दिशा से शक्ति स्थानांतरण को अधिकतम करेंगे और अवांछित दिशाओं से आने वाले संकेतों को कम करेंगे।
मान लीजिए कि हमें कम दिशात्मकता वाला एंटीना चाहिए। हम इसे कैसे प्राप्त कर सकते हैं?
एंटीना सिद्धांत का सामान्य नियम यह है कि कम दिशात्मकता उत्पन्न करने के लिए आपको विद्युत रूप से छोटे एंटीना की आवश्यकता होती है। अर्थात्, यदि आप 0.25 - 0.5 तरंगदैर्ध्य के कुल आकार वाले एंटीना का उपयोग करते हैं, तो आप दिशात्मकता को न्यूनतम कर सकते हैं। अर्ध-तरंग द्विध्रुवीय एंटीना या अर्ध-तरंगदैर्ध्य स्लॉट एंटीना में आमतौर पर 3 dB से कम दिशात्मकता होती है। व्यवहार में प्राप्त की जा सकने वाली दिशात्मकता इससे कम नहीं होती।
अंततः, हम एंटेना की दक्षता और बैंडविड्थ को कम किए बिना एंटेना को एक चौथाई तरंगदैर्ध्य से छोटा नहीं बना सकते। एंटेना की दक्षता और बैंडविड्थ पर आगामी अध्यायों में चर्चा की जाएगी।
उच्च दिशात्मकता वाले एंटीना के लिए, हमें कई तरंगदैर्ध्य आकारों वाले एंटीना की आवश्यकता होगी। उदाहरण के लिए, सैटेलाइट डिश एंटीना और हॉर्न एंटीना में उच्च दिशात्मकता होती है। इसका एक कारण यह है कि ये कई तरंगदैर्ध्य लंबे होते हैं।
ऐसा क्यों है? अंततः, इसका कारण फोरियर ट्रांसफॉर्म के गुणों से जुड़ा है। जब आप एक छोटी पल्स का फोरियर ट्रांसफॉर्म लेते हैं, तो आपको एक व्यापक स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है। यह समानता किसी एंटीना के विकिरण पैटर्न को निर्धारित करने में लागू नहीं होती। विकिरण पैटर्न को एंटीना के अनुदिश धारा या वोल्टेज के वितरण के फोरियर ट्रांसफॉर्म के रूप में समझा जा सकता है। इसलिए, छोटे एंटीना में व्यापक विकिरण पैटर्न (और कम दिशात्मकता) होते हैं। बड़े, एकसमान वोल्टेज या धारा वितरण वाले एंटीना में बहुत दिशात्मक पैटर्न (और उच्च दिशात्मकता) होते हैं।
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पोस्ट करने का समय: 7 नवंबर 2023
