Насоченост и усилване на антената
Изображение 1: Сравнение между повърхност, облъчвана от насочена антена, и сферична повърхност.
(Бележка: При сравняване радиусът на сферата трябва да е равен на разстоянието до правоъгълника от централната точка.)
Изображение 1: Сравнение между повърхност, облъчвана от насочена антена, и сферична повърхност.
(Бележка: При сравняване радиусът на сферата трябва да е равен на разстоянието до правоъгълника от централната точка.)
Насоченост и усилване на антената
Коефициентът на усилване на антената G описва коефициент на насочено действие D и коефициента на полезно действие η на антената в лесен за използване параметър.
Коефициент на насочено действие
Коефициентът на насочено действие на антената се определя като отношението на плътността на мощността S (интензитета на излъчване на единица площ) на реална антена в нейната основна посока към тази на хипотетична, несъществуваща изотропна антена, излъчваща равномерно във всички посоки. Така плътността на мощността на изотропен радиатор се разпределя равномерно по повърхността на сфера. От друга страна, една реална антена има повече или по-малко изразена насоченост на излъчване, която се определя количествено от стойността на коефициента на насоченост. С оглед на гореизложеното формулата за определянето му гласи следното:
| D = | S | където |
S е плътността на мощността на реалната антена в основната посока на излъчване; Si е плътността на мощността на изотропния радиатор. |
(1) |
| Si |
Насочената антена концентрира излъчваната от нея мощност само върху малка част от повърхността на сферата. Тази част може да се определи в относителни единици от общата повърхност на сферата. Площта на тази част може да се определи и от широчината на лъча на антената (в радиани) при ниво на половин мощност. (Очевидно е, че формулата за площта на дадена повърхност използва линейните размери на тази площ. Те се определят като произведение на ъгловите размери на площта по радиуса на сферата. При изчисляване на съотношението на площта радиусът, включен както в числителя, така и в знаменателя, се намалява). Линейните размери на необходимата ефективна площ се определят в кратни на дължината на вълната.
| D = | Aсфера | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aeff | където |
Aсфера е площта на сфера; Aeff = b·h е ефективен отвор на повърхността на сферата; θAz — широчина на лъча по половината от нивото на мощност (в радиани) в хоризонталната равнина; θEl — широчина на лъча по ниво на половин мощност (в радиани) в ъгъла на наклона; b — широчина на повърхност; h — височина на повърхността. |
(2) |
| Aeff | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Тук обаче има неточност, тъй като повърхността Aeff = b·h е плоска, а не сферична. Съответната грешка ще бъде толкова по-малка, колкото по-малка е площта b·h в сравнение с тази на сферата, т.е. колкото по-голяма е насочеността на антената. Тази грешка може да бъде пренебрегната, когато широчината на лъча при ниво на половин мощност е до 20°.
Коефициент на полезно действие
Коефициентът на полезно действие η е характеристика, която отразява ефикасността на радарната антена и захранващите кабели или вълноводи. При анализа на реални антени трябва да се вземат предвид и загубите. Мощността, излъчвана от антената, е пропорционална на мощността, подавана от предавателя, която лесно може да се измери на захранващия елемент на антената. Въпреки това част от входящата мощност от предавателя се губи в антената на захранващия кабел поради нейното омово съпротивление. Тези загуби определят ефективността на антената.
Усилване на антената
Коефициентът на насоченост на антената е съществен компонент на коефициента на усилване на антената. При идеална антена без загуби коефициентът на усилване е равен на коефициента на насоченост. При реалните антени коефициентът на усилване винаги е по-малък от коефициента на насоченост:
| G = η· D | (3) |
Не е задължително коефициентът на усилване на антената винаги да е по-голям от 1. Съществуват и антени с коефициент на усилване, по-малък от 1. Обикновено това са измервателни антени, при които е важно да има равномерно усилване в много широк честотен диапазон, за да се сравнят измерванията в широк честотен диапазон.
Предположения
Трябва да се направят някои опростявания, за да се свърже сферичната повърхност на изотропен радиатор с ефективната апертура на антената:
- Предполага се, че цялата излъчена енергия е концентрирана в основната част на антената. При това предположение няма да има странични лобове.
- Приема се, че цялата енергия, излъчвана от антената, е концентрирана в рамките на измерената ширина на лъча при ниво на половин мощност. Поради това не се излъчва енергия извън снопа.
- В рамките на широчината на лъча при половин мощност енергията се разпределя равномерно. (Така конусовидното тяло обикновено се превръща в пирамидално тяло. Правоъгълникът в основата на получената пирамида има площ, равна на произведението от ширината на лъча в ъгловата равнина и ширината на лъча в азимуталната равнина!)
Само при гореспоменатите предположения могат да се сравнят две гореспоменати геометрични повърхности — правоъгълник и фрагмент от сферична повърхност.