КНД характеризует способность антенны концентрировать излученное электромагнитное поле в каком-либо определенном направлении. Это понятие было введено в 1929 году А.А.Пистолькорсом. КНД называется отношение среднего значения за период высокой частоты плотности потока мощности (среднего значения вектора Поинтинга) излучаемого антенной в данном направлении (q1;j1) к усредненному по всем направлениям значения плотности потока мощности Пср:
где П(q1;j1)=|E(q1;j1)|2/2Zx, |E| - амплитудное значение напряженности электрического поля в направлении характеризуемом углами q1 и j1.
Таким образом при определении КНД данная антенна сравнивается с воображаемой абсолютно ненаправленной (изотропной) антенной, излучающей ту же мощность, что и данная.
Очевидно, что
где Pe - мощность излучения, r - радиус воображаемой сферы, охватывающей антенну, причем величина r должна быть такой, чтобы поверхность сферы находилась в дальне зоне поля антенны.
Мощность, проходящая через бесконечно малый элемент поверхности сферы dS=r2sinqdqdj,
где Emax - амплитудное значение напряженности электрического поля в направлении максимального излучения. Следовательно
Данный метод определения мощности излучения называется методом вектора Поинтинга. Далее, среднее значение вектора Поинтинга
Плотность потока мощности в заданном направлении
Тогда
КНД будем определять в направлении максимального излучения F(q1;j1)=1, поэтому
Возьмем
тогда значение КНД получим следующее D=4.3 или в децибелах DдБ=6.3дБ.
Если диаграмма направленности обладает осевой симметрией, то КНД можно найти следующим образом
Определим КНД для каждой плоскости, а потом возьмем среднее геометрическое:
Получим следующие результаты D=1.7 или в децибелах DдБ=2.4дБ. Как видно значения заметно отличаются от другого метода, а говорить о правильности какого-то одного из них в рамках этой работе не представляется возможным, так как требуется более глубокий анализ.
Коэффициент направленного действия не учитывает потерь подводимой энергии в проводниках антенны, в изоляторах, в окружающих антенну предметах и в земле. В связи с этим вводится параметр, учитывающий эти потери, называемый коэффициентом усиления (КУ) антенны, равный отношению среднего значения плотности потока мощности, излучаемой антенной в данном направлении, к среднему значению плотности потока мощности, создаваемого воображаемым абсолютно ненаправленным излучателем. При этом предполагается, что точка наблюдения находится на одинаковом расстоянии от обеих антенн; мощности, подводимые к той и другой антеннам, равны и КПД ненаправленной антенны равен единице. КНД и КУ связаны через КПД следующим соотношением:
Теперь если предположить, что КПД антенны h=0.9, то можно найти коэффициент усиления антенны
Советуем почитать:
Дистанционный комплекс контроля функционального состояния В настоящее время непрерывно расширяется область применения методов регистрации параметров биосигналов в практических и исследовательских задачах. Современный уровень научных достижений ...
Структурные схемы цифровых радиопередающих устройств Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналогов ...
Разработка математической модели электронного устройства Развитие вычислительной техники и повышение требований к разрабатываемой электронной аппаратуре выдвинули на первый план создание систем автоматизированного проектирования. До начала ше ...