Kierunkowość i zysk energetyczny anteny
Rysunek 1: Porównanie obszaru oświetlanego przez antenę kierunkową z powierzchnią kulistą,
(Uwaga: promień kuli musi być równy odległości prostokąta od punktu środkowego).
Rysunek 1: Porównanie obszaru oświetlanego przez antenę kierunkową z powierzchnią kulistą,
(Uwaga: promień kuli musi być równy odległości prostokąta od punktu środkowego).
Kierunkowość i zysk energetyczny anteny
Zysk energetyczny anteny G opisuje kierunkowość D i sprawność η anteny jako wielkość łatwą do obliczenia.
Kierunkowość anteny
Kierunkowość anteny jest to stosunek gęstości mocy S (moc promieniowana na jednostkę powierzchni) rzeczywistej anteny w jej głównym kierunku do hipotetycznego, ale rzeczywistego nieistniejącego izotropowego promiennika sferycznego, który promieniowałby jednakowo we wszystkich kierunkach. Gęstość mocy promiennika izotropowego jest więc mocą wypromieniowaną równomiernie na powierzchni kulistej. Każda prawdziwa antena ma mniej lub bardziej wyraźną kierunkowość. Kierunkowość jest definiowana przez stosunek gęstości mocy rzeczywistej anteny w jej głównym kierunku do gęstości mocy izotropowego promiennika sferycznego:
| D = | S |
S = Gęstość mocy anteny rzeczywistej Si = gęstość mocy izotropowej anteny dookólnej |
(1) | |
| Si |
Antena kierunkowa koncentruje swoją moc promieniowaną tylko na niewielkiej części powierzchni kuli. Ta proporcja powierzchni może być również wyrażona w stosunku do całkowitej powierzchni kulistej. Powierzchnia ta obliczana jest za pomocą radianów [rad] obu półszerokości. (Ten radian zawiera promień okręgu jednostkowego i jest pomniejszony o promień powierzchni kuli). Wysokość i szerokość tego efektywnego obszaru są zdefiniowane jako wielokrotności stosowanej długości fali.
| D = | Akula | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aef |
Akula = całkowita powierzchnia kuli Aef = b·h = powierzchnia efektywna na powierzchni kuli. θAz = szerokość połówkowa w azymucie, w [rad]. θEl = szerokość połówkowa w kącie elewacji, w [rad]. b = szerokość powierzchni h = wysokość powierzchni |
(2) | |
| Aef | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Jest tu jednak pewna nieścisłość, ponieważ pole Aef = b·h leży na płaszczyźnie, a nie na zakrzywionej powierzchni kulistej. Niedokładność ta jest tym mniejsza, im mniejsza jest powierzchnia b·h w stosunku do powierzchni kulistej, czyli im lepsza jest kierunkowość anteny. W przypadku kątów przysłony do 20° ta niedokładność może być pominięta.
Zysk energetyczny anteny
Kierunkowość jest istotną częścią zysku energetycznego anteny. Aby uzyskać rzeczywisty zysk anteny, zyski i straty muszą być skompensowane. Dla każdej anteny, moc promieniowana anteny jest proporcjonalna do wstrzykniętej mocy nadawczej, która może być dość łatwo zmierzona na linii zasilającej antenę. Jednakże część tej mocy nadawczej jest tracona wewnątrz anteny na jej rezystancjach omowych. Straty te definiowane są jako sprawność anteny. Gdyby istniała idealna antena bez tych strat, zysk energetyczny anteny byłby równy jej kierunkowości.
Zysk energetyczny anteny jest mniejszy od kierunkowości o współczynnik sprawności:
| G = η· D | (3) |
Ten współczynnik efektywności η może być również nazywany współczynnikiem specyficznym dla anteny Ka. Daje to następujące równanie na zysk anteny:
| G = | 4π · Aef · Ka | (4) |
| λ2 |
Zysk anteny nie zawsze musi być większy od 1. Istnieją również anteny o zysku antenowym mniejszym niż 1. Najczęściej są to anteny pomiarowe, gdzie ważne jest uzyskanie równomiernie dużego zysku anteny w bardzo dużym zakresie częstotliwości, aby można było porównywać ze sobą wyniki pomiarów w różnych pasmach częstotliwości.