Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия (КНД) ‒ первым словом стоит коэффициент, то есть это безразмерная величина, он показывает во сколько раз в данном направлении антенна излучает больше, чем средняя мощность, излучаемая по всем направлениям. 

Давайте теперь визуализируем это определение, чтобы было более понятно. Проще всего показать на графике.

Рисунок 1. График диаграммы направленности

Итак, на рисунке 1 показано нулевое направление, и вид диаграммы направленности F(θ,φ). Поскольку это диаграмма направленности, то максимум у нее нормирован на единицу.

Рисунок 2

Теперь, если меня интересует коэффициент направленного действия, то я хочу узнать, насколько, например, в данном направлении, в единицу телесного угла (рисунок 2 - выделенная полоса), антенна излучает сильнее, нежели средняя мощность излучения по всем направлениям. Средняя, то есть это что? Значит надо взять и как-то усреднить эту всю функцию - примерно по горизонтальной прямой функции F_средн. Поэтому коэффициент направленного действия - это отношение мощности, излучаемой в верхней точке единицы телесного угла, к F_средн (рисунок 2). 

КНД, обозначается буквой D, это как раз и есть отношение мощности, излучаемой в некотором заданном направлении F(θ,φ) к средней мощности, излучаемой по всем направлениям F_средн. Средняя мощность, излучаемая по всем направлениям определяется по формуле:, соответственно:

— коэффициент направленности действия.

— в данном случае суммирование, суммируем всю эту функцию F(θ,φ), 4π -интервал (полный телесный угол).

— коэффициент направленности действия (КНД).

Но в выражении для мощности  стоит не КНД, а G  — коэффициент усиления. Коэффициент усиления - это что? Если это коэффициент, то соответственно это безразмерная величина. Что она характеризует? Коэффициент усиления — это отношение, которое показывает, во сколько раз наша реальная антенна с потерями в данном направлении излучает больше, чем некоторая изотропная антенна, к которой подведена та же самая мощность.

Фактически, изотропную антенну мы уже увидели. Когда я говорил про F_средн, про среднюю мощность излучения, я нарисовал линию, которая не зависит от углов, то есть, фактически, - это мощность излучения изотропной антенны. А когда мы говорим про нашу антенну, к которой подведена та же самая мощность, но реальную антенну, то в этом случае мы обязательно учитываем потери в антенне. Поэтому коэффициент усиления (КУ) обозначается буквой G, и G = D × η , где - это коэффициент полезного действия (КПД). 

Характеристика G для нас самая главная. Коэффициент усиления показывает во сколько раз наша антенна излучает сильнее, нежели изотропная антенна, в данном направлении, при условии, что к нашей реальной антенне и изотропной антенне подведена одна и та же самая мощность. То есть фактически наша антенна характеризуется этим коэффициентом усиления, это во сколько раз она энергию концентрирует эффективнее, чем излучает изотропная антенна.

Для размышления

Подумайте, будет ли влиять на коэффициент усиления антенны увеличение подаваемой мощности в 10 раз? А если увеличить подаваемую мощность в 1000 раз?

Материалы

• Достаточно подробная статья о коэффициенте направленного действия и коэффициенте усиления, подробно рассказывающая об этих вещах на реальных примерах