1.5.2.Коэффициент направленного действия
КНД – увеличение входной мощности, подаваемой на антенну при замене направленной антенны на ненаправленную, для обеспечения того же уровня сигнала в точке наблюдения:
КНД во временной области есть функция времени, поэтому можно говорить либо о его максимальном значении в какой-то момент времени:
,
где 
,
,
тогда
.
Либо определять КНД через энергию импульса, что более правильно, и наиболее широко применяется:
.
Ни то, ни другое определение не избавлено от недостатков. Возьмем за основу последнее определение КНД [Шанц].
Коэффициент направленного действия (D) - это соотношение, количества излучаемой энергии в заданном направлении, к среднему значению этой же энергии:
Коэффициент
направленного действия изотропной
антенны
равен D =1.
Для
точечного
диполя,
направленность равна D
= 1,5.
В таблице 2.1
предоставлены
КНД для
нескольких типов
антенн.
Также существует соотношения между КНД и размерностью антенны. Малый коэффициент усиления или всенаправленность антенны, как правило, составляет около четверти длины волны или меньше. КНД или высокий коэффициент усиления антенны будет увеличиваться – обычно на несколько длин волн и более. Основные соотношения между размером антенны, направленностью и пропускной способности являются предметом обсуждения следующей главы.
Диаграмма направленности, КНД, апертура и ширина ДН для некоторых типов антенн
|
Антенна |
Диаграмма Направленности [P(θ,ϕ)] |
КНД (D) |
Апертура [A (λ2)] |
Ширина диаграммы направленнос-ти |
|
Изотропный диполь |
1 |
1,00 (0,00 дБ) |
0,0796 |
изотропная |
|
Точечный диполь |
|
1,50 (1,76 дБ) |
0,119 |
θ: 45°-135° ϕ: все |
|
λ/2 диполь |
|
1,64(2,15 дБ) |
0,131 |
θ: 51°-129° ϕ: все |
|
Диполь с плоским рефлектором |
|
3,00(4,77 дБ) |
0,239 |
θ: 45°-135° ϕ: -90° - 90° |
|
Секториаль-ная или острона-правленная антенна |
0 другое |
|
|
θ: θ1 - θ2 ϕ: ϕ1 - ϕ2 |
Коэффициент
направленного действия
и
коэффициент усиление
связаны между
собой
"коэффициентом
полезного действия"
(
).
Коэффициент
полезного действия
является
отношением
излучаемой
мощности (Pвых.)
к входной
мощности
(Pвход.)
Для идеальной
или
антенны с
большой эффективностью (
),
КУ идентичен
КНД
(G
= D).
Усиления и
направленность
тесно связаны.
Чем больше
КНД
антенны,
тем больше
энергии она
концентрирует
в заданном
направлении,
и тем выше КУ.
Также,
усиление, как правило, интерпретируется
как пик,
или максимум,
коэффициента
усиления
антенны.
Иногда его
также называют
"прицельным
усилением".
КУ
обычно выражает
отношение
усиления
заданной антенны к усилению изотропной
антенны в
децибелах
Таким образом,
идеальная
изотропная
антенна
имеет единичный
коэффициент усиления.
Идеальный маленький
диполь имеет
максимальный
коэффициент усиления
и
. А маленький
диполь с КПД
50% (-3.00дБ),
будет иметь
максимальный
коэффициент усиления
около
1.76 дБ-
3.00дБ
=
-1.24дБ.
Для
изотропной
антенны с
КУ
,
передаваемая
мощность (PTX)
равномерно распределена
по площади
сферической
оболочки в
определенном
радиусе (r)
от антенны.
Таким образом,
плотность
потока мощности
(S):
.
Для
неизотропной
антенны
с коэффициентом
усиления
плотность
потока мощности равна:
