Směrovost a zisk antény
Obrázek 1: Srovnání plochy osvětlené směrovou anténou s kulovým povrchem,
(Poznámka: poloměr koule se musí rovnat vzdálenosti obdélníku od středového bodu).
Obrázek 1: Srovnání plochy osvětlené směrovou anténou s kulovým povrchem,
(Poznámka: poloměr koule se musí rovnat vzdálenosti obdélníku od středového bodu).
Směrovost a zisk antény
Zisk antény G popisuje směrovost D a účinnost η antény jako snadno ovladatelnou veličinu.
Směrovost antény
Směrovost antény je poměr výkonové hustoty S (vyzářený výkon na jednotku plochy) skutečné antény v jejím hlavním směru k hypotetickému, ale reálně neexistujícímu izotropnímu zářiči, který by vyzařoval stejně do všech směrů. Hustota výkonu izotropního zářiče je tedy vyzářený výkon rovnoměrně rozložený na kulovém povrchu. Každá skutečná anténa má více či méně výraznou směrovost. Směrovost je definována poměrem hustoty výkonu skutečné antény v jejím hlavním směru k hustotě výkonu izotropního zářiče:
| D = | S |
S = hustota výkonu skutečné antény Si = hustota výkonu izotropní antény |
(1) | |
| Si |
Směrová anténa soustřeďuje vyzařovaný výkon pouze na malou část povrchu koule. Tento podíl plochy lze také vyjádřit v poměru k celkovému kulovému povrchu. Tato plocha se vypočítá pomocí radiánů [rad] dvou pološířek. (Tento radián obsahuje poloměr jednotkové kružnice a je zmenšen o poloměr povrchu koule). Výška a šířka této účinné plochy jsou definovány jako násobky použité vlnové délky.
| D = | Akoule | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aef |
Akoule = celkový povrch koule Aef = b·h = efektivní plocha na povrchu koule. θAz = poloviční šířka v azimutu v [rad]. θEl = poloviční šířka elevačního úhlu v [rad] b = šířka povrchu h = výška povrchu |
(2) | |
| Aef | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Zde však dochází k nepřesnosti, protože plocha Aef = b·h leží v rovině, nikoliv na kulové ploše. Tato nepřesnost je tím menší, čím menší je plocha b·h vzhledem k povrchu koule, tj. čím lepší je směrovost antény. Pro úhly paprsků do 20° lze tuto nepřesnost ignorovat.
Zisk antény
Směrovost je podstatnou součástí zisku antény. Pro skutečný zisk antény musí být zisky a ztráty kompenzovány. U každé antény je vyzářený výkon antény úměrný přiváděnému vysílacímu výkonu, který lze poměrně snadno změřit na přívodním vedení k anténě. Část tohoto vysílacího výkonu se však ztrácí uvnitř antény na jejích ohmických odporech. Tyto ztráty jsou definovány jako účinnost antény. Pokud by existovala ideální anténa bez těchto ztrát, zisk antény by se rovnal její směrovosti.
Zisk antény je menší než směrovost o faktor účinnosti:
| G = η· D | (3) |
Tento činitel účinnosti η lze také nazvat specifickým činitelem antény Ka, čímž získáme následující rovnici pro zisk antény:
| G = | 4π · Aef · Ka | (4) |
| λ2 |
Zisk antény nemusí být vždy větší než 1. Existují také antény se ziskem menším než 1. Většinou se jedná o měřicí antény, u kterých je důležité dosáhnout rovnoměrně velkého zisku antény ve velmi širokém frekvenčním rozsahu, aby bylo možné vzájemně porovnávat výsledky měření z různých frekvenčních pásem.