www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Richtingsgevoeligheid en antenneversterking

Figuur 1: Vergelijking van het door de richtantenne verlichte gebied met een bolvormig oppervlak,
(Opmerking: de straal van de bol moet gelijk zijn aan de afstand van de rechthoek tot het middelpunt).

Figuur 1: Vergelijking van het door de richtantenne verlichte gebied met een bolvormig oppervlak,
(Opmerking: de straal van de bol moet gelijk zijn aan de afstand van de rechthoek tot het middelpunt).

Richtingsgevoeligheid en antenneversterking

De antenneversterking G beschrijft de richtingsgevoeligheid D en het rendement η van een antenne als een gemakkelijk te hanteren grootheid.

Richtingsgevoeligheid van een antenne

De richtingsgevoeligheid (of directiviteit) wordt gedefinieerd als de maat van geconcentreerde vermogensstraling in een bepaalde richting. Het is de verhouding van de vermogensdichtheid S (uitgestraald vermogen per oppervlakte-eenheid) van de reële antenne in de hoofdrichting tot een hypothetische, maar reële niet-bestaande isotrope antenne, die in alle richtingen evenveel zou uitstralen. De vermogensdichtheid van de isotrope antenne is derhalve het uitgestraalde vermogen dat gelijkmatig is verdeeld over een bolvormig oppervlak. Elke echte antenne heeft een meer of minder uitgesproken richtingsgevoel. De richtingsgevoeligheid wordt gedefinieerd door de verhouding van de vermogensdichtheid van de reële antenne in de hoofdrichting tot de vermogensdichtheid van de isotrope sferische antenne:

D = S   S = vermogensdichtheid van de reële antenne
Si = vermogensdichtheid van isotrope omnidirectionele antenne
(1)
Si

Een richtantenne concentreert zijn uitgestraald vermogen slechts op een klein gedeelte van het oppervlak van de bol. Dit oppervlakteaandeel kan ook worden uitgedrukt in een verhouding tot het totale boloppervlak. Deze oppervlakte wordt berekend met behulp van de radiaal [rad] van de twee halve breedten. (Deze radiaal bevat de straal van de eenheidscirkel en wordt verminderd met de straal van het oppervlak van de bol). De hoogte en de breedte van dit effectieve gebied worden gedefinieerd als veelvouden van de gebruikte golflengte.

D =  Abol 4π r2 = = 4π · Aeff   Abol = totale oppervlakte van een bol
Aeff = b·h = effectieve oppervlakte op het oppervlak van de bol
θAz = halve breedte in azimut, in [rad].
θEl = halve breedte in elevatiehoek, in [rad].
b = oppervlaktebreedte
h = oppervlaktehoogte
(2)
Aeff θAz · θEl λ/b · λ/h λ2

Er is hier echter een onnauwkeurigheid, want de oppervlakte Aeff = b·h ligt op een vlak en niet op een gekromd boloppervlak. Deze onnauwkeurigheid is kleiner naarmate het gebied b·h kleiner is ten opzichte van het bolvormige oppervlak, d.w.z. naarmate de richtingscoëfficiënt van de antenne beter is. Voor openingshoeken tot 20° kan deze onnauwkeurigheid worden verwaarloosd.

Antenneversterking van een antenne

De richtingsgevoeligheid is een essentieel onderdeel van de versterking van een antenne. Voor een echte antenneversterking moeten winsten en verliezen worden gecompenseerd. Voor elke antenne geldt dat het uitgestraalde vermogen evenredig is met het geïnjecteerde zendvermogen, dat vrij gemakkelijk kan worden gemeten op de voedingslijn naar de antenne. Een deel van dit zendvermogen gaat echter binnen de antenne verloren door de ohmse weerstanden. Deze verliezen worden gedefinieerd als het rendement van een antenne. Indien er een ideale antenne zou zijn zonder deze verliezen, zou de antenneversterking gelijk zijn aan de direktiviteit.

De antenneversterking is kleiner dan de richtingsgevoeligheid met de factor van het rendement:

G = η· D (3)

Deze efficiëntiefactor η kan ook de antennespecifieke factor Ka worden genoemd. Dit geeft de volgende vergelijking voor de antenneversterking:

G = 4π · Aeff · Ka (4)
λ2

Een antenneversterking hoeft niet altijd groter dan 1 te zijn. Er zijn ook antennes met een antennewinst van minder dan 1. Meestal zijn dit meetantennes waarbij het van belang is een gelijkmatig grote antennewinst over een zeer groot frequentiegebied te realiseren om de meetresultaten van verschillende frequentiebanden met elkaar te kunnen vergelijken.