Напряженность поля направленного излучателя. Коэффициент направленного действия излучателя d.
В реальных условиях ненаправленных излучателей не существует. Даже простейшие антенны обладают направленными свойствами. Степень концентрации мощности, излучаемой антенной называется коэффициентом направленного действия, сокращенно КНД или D.
Физический смысл КНД.
Предположим, что рядом расположены направленная антенна А и изотропная, (ненаправленная) антенна В (рис. ). У ненаправленной антенны круговая диаграмма направленности.
Рисунок - Диаграммы направленности антенн, направленной (А) и изотропной (В)
Если обе антенны излучают одинаковые мощности Р1, то в пункте приема, достаточно удаленном от антенны, большая напряженность поля создается направленной антенной. Будем постепенно увеличивать подводимую к изотропной антенне мощность до тех пор, пока она не будет создавать в пункте приема такую же напряженность, что и направленная антенна.
Таким образом, КНД – это число, определяемое отношением мощности излучения направленной антенны и ненаправленной, создающих в данном направлении на одном и том же расстоянии одинаковую напряженность поля. Т.е. он показывает какой энергетический выигрыш дает применение направленной антенны по сравнению с ненаправленной.
Наибольший интерес представляет КНД в направлении максимального излучения антенны
,
где
.
Этот коэффициент впервые ввел А.А. Писталькорс в 1929 г.
Поэтому напряженность поля, создаваемая в свободном пространстве направленной антенной в направлении максимального излучения определяется
для действующих значений
для мгновенных значений
КНД измеряется в Нп, дБ, относительных единицах.
Диаграмма направленности (дн)
Амплитудная ДН– это зависимость интенсивности электромагнитного поля, излучаемого антенной от угловых координат в пространстве. ДН характеризует направленные свойства антенны, т.е. ее способность концентрировать ЭМЭ в заранее выбранном секторе пространства.
Схема измерения: передающая антенна помещена в начале сферических координат. M(r, θ, φ). Так как измерения проводим в дальней зоне, то вид ДН здесь не зависит от координатыr, т.е. ее вид не изменяется, а только от угловых координатφ,θ.
Рисунок - Схема измерения диаграммы направленности
Выполнив измерения, получим зависимости вида
- для амплитуды
электрического поля;
- для модуля
вектора Пойнтинга;
- для угловой
плотности мощности.
Штрихами обозначены
амплитудные множители (
),
не зависящие от угловых координат;
функции
определяют ДН.
Нормированная ДН:Чтобы сравнивать направленные свойства разных антенн, удобно пользоваться нормированными ДН, которые определяются как
по полю -
,
где Е max– значение направления электрического поля в точке максимума;
по мощности -
;
.
Напряженность поля, создаваемая направленной антенной в произвольном направлении
Комплексная амплитуданапряженности электрического поля направленного излучателя
.
(2.9)
Мгновенное значениенапряженности электромагнитного поля
(2.10)
где
волновое число свободного пространства.