Выигрыш и эффективная площадь антенны


Направленная передающая антенна излучает большую часть, мощности в определенных направлениях. Говорят, что направленная антенна обеспечивает определенный выигрыш по направлению. Соответственно приемная направленная антенна отбирает большую мощность из волн определенного направления. Выигрыш передающей антенны определяется отношением плотности энергии (в ваттах на квадратный метр), излучаемой в данном направлении, к плотности энергии, какую излучала бы изотропная антенна, при той же мощности питания. Изотропной называют ненаправленную антенну, излучающую во всех направлениях одинаково. Аналогично выигрыш приемной антенны в данном направлении определяется отношением мощности сигнала, принятой с определенного направления, к мощности сигнала, который был бы принят изотропной антенной. Так как характеристика направленности данной антенны одинакова для приема и для передачи, то и выигрыш антенны одинаков для приема и для передачи. Обычно выигрыш определяется для направления максимального излучения.
Для коротких антенн с характеристикой в виде идеальной восьмерки выигрыш составляет 1,5 (или 1,76 дб). Выигрыш полуволнового вибратора с характеристикой в виде слегка вытянутой восьмерки равен примерно 1,6 (или 2 дб). Более точно выигрыш полуволнового вибратора равен 1,64 или 2,15 дб, однако для практических расчетов принимают округленную величину 2 дб. Часто выигрыш антенны определяют относительно полуволнового вибратора, принимаемого в качестве стандарта. Тогда выигрыш относительно изотропной антенны получается простым прибавлением 2 дб. Переход от децибелл к отношению мощностей или наоборот легко делается с помощью логарифмической линейки.
Другое важное понятие касается эффективной площади антенны. Эффективная площадь приемной антенны определяется как отношение мощности, принимаемой согласованно нагруженной антенной, к мощности волны, поступающей на единицу площади. Если известен выигрыш антенны G, то ее эффективная площадь может быть рассчитана по формуле
Выигрыш и эффективная площадь антенны

Эффективная площадь большой многорядной антенны примерно равна ее физической площади. Для других антенн больших размеров (по сравнению с длиной волны), например для рупорных, параболических и линз, эффективная площадь составляет обычно 75-85% физической площади раскрыва (апертуры) антенны. С другой стороны, сравнение эффективной площади с физической площадью для штыревой антенны не имеет смысла, хотя это понятие сохраняет свое значение. Например, эффективная площадь полуволнового вибратора определяется по формуле
Выигрыш и эффективная площадь антенны

показывающей, что полуволновый вибратор «захватывает» мощность, равную мощности, проходящей через прямоугольник со сторонами λ/2 и λ/4.