Directivitatea și câștigul antenelor
Ilustrație 1: Comparație între suprafața iluminată de antena direcțională și o suprafață sferică,
(Notă: raza sferei trebuie să fie egală cu distanța dreptunghiului față de centru atunci când se face comparația).
Ilustrație 1: Comparație între suprafața iluminată de antena direcțională și o suprafață sferică,
(Notă: raza sferei trebuie să fie egală cu distanța dreptunghiului față de centru atunci când se face comparația).
Directivitatea și câștigul antenelor
Câștigul G al antenei descrie directivitatea D și eficiența η a unei antene ca o mărime ușor de manevrat.
Directivitatea unei antene
Directivitatea unei antene este raportul dintre densitatea de putere S (puterea radiată pe unitatea de suprafață) a antenei reale în direcția sa principală și un radiator izotrop ipotetic, dar real, inexistent, care ar radia în mod egal în toate direcțiile. Prin urmare, densitatea de putere a radiatorului izotropic este puterea radiată distribuită uniform pe o suprafață sferică. Fiecare antenă reală are o directivitate mai mult sau mai puțin pronunțată. Directivitatea este definită prin raportul dintre densitatea de putere a antenei reale în direcția principală și densitatea de putere a radiatorului izotrop:
| D = | S |
S = densitatea de putere a antenei reale Si = densitatea de putere a antenei omnidirecționale izotrope |
(1) | |
| Si |
O antenă direcțională își concentrează puterea radiată doar pe o mică parte a suprafeței sferei. Această proporție de suprafață poate fi, de asemenea, exprimată în raport cu suprafața sferică totală. Această suprafață este calculată cu ajutorul radianului [rad] dintre cele două jumătăți de lățime. (Acest radian conține raza cercului unitar și se reduce cu raza suprafeței sferei). Înălțimea și lățimea acestei zone efective sunt definite ca multipli ai lungimii de undă utilizate.
| D = | Asferă | ≅ | 4π r2 | = | 4π | = | 4π · Aef |
Asferă = suprafața totală a unei sfere Aef = b·h = aria efectivă pe suprafața sferei θAz = lățimea de înjumătățire în azimut, în [rad]. θEl = lățimea de înjumătățire în unghiul de elevație, în [rad]. b = lățimea suprafeței h = înălțimea suprafeței |
(2) | |
| Aef | θAz · θEl | λ/b · λ/h | λ2 |
Există totuși o inexactitate aici, deoarece aria Aef = b·h se află pe un plan și nu pe o suprafață sferică curbă. Această imprecizie este cu atât mai mică cu cât suprafața b·h este mai mică în raport cu suprafața sferică, adică cu cât directivitatea antenei este mai bună. Pentru unghiuri de deschidere de până la 20°, această imprecizie poate fi ignorată).
Câștigul de antenă
Directivitatea este o parte esențială a câștigului unei antene. Pentru un câștig real al antenei, câștigurile și pierderile trebuie să fie compensate. Pentru fiecare antenă, puterea radiată a unei antene este proporțională cu puterea de emisie injectată, care poate fi măsurată destul de ușor pe linia de alimentare a antenei. Cu toate acestea, o parte din această putere de emisie se pierde în interiorul antenei prin rezistențele ohmice ale acesteia. Aceste pierderi sunt definite ca fiind eficiența unei antene. Dacă ar exista o antenă ideală fără aceste pierderi, câștigul antenei ar fi egal cu directivitatea acesteia.
Câștigul antenei este mai mic decât directivitatea cu un factor de eficiență:
| G = η· D | (3) |
Acest factor de eficiență η poate fi numit și factorul Ka specific antenei. Acest lucru dă următoarea ecuație pentru câștigul antenei:
| G = | 4π · Aef · Ka | (4) |
| λ2 |
Câștigul unei antene nu trebuie să fie întotdeauna mai mare de 1. Există, de asemenea, antene cu un câștig de antenă mai mic de 1. În general, acestea sunt antene de măsurare în cazul cărora este important să se obțină un câștig de antenă uniform de mare pe o gamă foarte largă de frecvențe, pentru a putea compara rezultatele măsurătorilor din diferite benzi de frecvență între ele.