Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления (КУ) антенны представляет собой важный параметр, который характеризует эффективность антенны в преобразовании входной мощности в радиоволны. Он определяется как отношение мощности, подводимой к входу антенны, к мощности, которую бы выдала эталонная ненаправленная антенна при тех же условиях. Это соотношение позволяет оценить, насколько хорошо антенна концентрирует излучаемую мощность в определённом направлении.
Коэффициент усиления антенны (КУ) является безразмерной величиной и может выражаться в децибелах (дБ). Для обозначения КУ используется буква G, которая происходит от английского слова "Gain". Этот коэффициент показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны по сравнению с идеальной ненаправленной антенной, чтобы сохранить уровень плотности потока мощности в точке наблюдения на неизменном уровне. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (КПД) ненаправленной антенны равен единице.
КУ обычно рассматривается в направлении максимума диаграммы направленности антенны, что позволяет количественно оценить способность антенны концентрировать мощность электромагнитных волн. КУ связан с коэффициентом направленного действия (КНД) и КПД антенны по формуле:
где G — коэффициент усиления, D — коэффициент направленного действия, — эффективность антенны.
Значение КУ может варьироваться от нуля до миллионов, в зависимости от конструкции и назначения антенны. Антенны с низким КПД, такие как электрически малые или укороченные антенны, могут иметь КУ менее единицы. Это не всегда указывает на слабую направленность; например, приемная антенна Бевереджа имеет низкий КУ (-30 дБи), но может обеспечивать высокий уровень отношения сигнал/шум благодаря своим уникальным характеристикам.
Примеры значений КУ:
- Низкий КУ (< 1): характерен для малогабаритных и поглощающих антенн.
- Средний КУ (1-10 дБ): обычные направленные антенны.
- Высокий КУ (> 10 дБ): специализированные антенны для дальнего действия.
Конструкция антенны значительно влияет на её КУ. Например:
- Дипольные антенны имеют стандартный КУ около 2.15 дБи.
- Параболические отражатели могут достигать значений КУ более 40 дБи за счет высокой концентрации энергии в узком луче.
При этом важно учитывать, что потери на отражение из-за несоответствия входного импеданса также могут влиять на фактический КУ. В зарубежной литературе часто используется термин "реализованный КУ", который учитывает эти потери.
Коэффициент усиления антенны является ключевым параметром для оценки её эффективности и направленности. Он позволяет инженерам и специалистам в области радиосвязи выбирать подходящие антенны для различных задач, обеспечивая необходимое качество связи и минимизируя потери сигнала. Понимание принципов работы и характеристик КУ помогает оптимизировать проектирование радиосистем и улучшить их производительность.