Коефіцієнт спрямованої дії

Коефіцієнт спрямованої дії (КСД) антени — відношення квадрата напруженості поля, створюваного антеною в певному напрямку, до середнього значення квадрата напруженості поля за всіма напрямками.

Безрозмірна величина, що може виражатися в децибелах (дБ, дБі, дБд). Позначають КСД латинською буквою D (від англ. Directivity).

Зазвичай оперують значенням КСД D₀ у напрямку найбільшого випромінювання антени, а для опису кутової залежності КСД використовують нормовану діаграму спрямованості антени за потужністю. При цьому КСД стає мірою здатності антени концентрувати енергію електромагнітного випромінювання у вузькому промені. Згідно з визначенням, КСД однозначно пов'язаний із формою ДС антени (строгіше — з антени).

Слід розрізняти КСД та коефіцієнт підсилення (КП) антени: КСД цілком і повністю визначається формою ДС антени і не враховує та втрат на відбиття, тобто не враховує втрат енергії в елементах конструкції антени та об'єктах, розташованих у ближній зоні антени.

Значення КСД

Залежно від конструкції та робочої довжини хвилі значення КСД реальної антени в напрямку максимуму випромінювання перевищує одиницю та може досягати мільйонів. КСД абстрактного дорівнює одиниці. Чим вужча головна пелюстка ДС і менший рівень бічних пелюсток, тим вищий КСД.

КСД лінійної антени (моделі у вигляді розташованих безперервно вздовж відрізка прямої довжиною L >> λ ізотропних джерел із однаковою амплітудою; λ — довжина хвилі у вільному просторі):

• D₀ = 2L/λ — в режимі поперечного і похилого випромінювання (поки промінь лежить від осі антени на 2-3 ширини за рівнем −3 дБ; при цьому КСД не залежить від напрямку сканування);
• D₀ = 4L/λ — в режимі осьового випромінювання;
• D₀ ≈ 7.2L/λ — у режимі осьового випромінювання з оптимальним уповільненням.

КСД лінійної антенної решітки ізотропних випромінювачів з однаковою амплітудою (при Nd = L>>λ і відсутності дифракційних пелюсток діаграми спрямованості в області видимості; N — число елементів; d — період решітки):

• D₀ ≈ 2Nd/λ — в режимі поперечного та похилого випромінювання (поки промінь віддалений від осі антени на 2-3 ширини за рівнем −3 дБ; при цьому КСД не залежить від напрямку сканування); зокрема, в границі за великого N і d = λ/2 D₀ = N ;
• D₀ ≈ 4Nd/λ — в режимі осьового випромінювання;
• D₀ ≈ 7.2Nd/λ — в режимі осьового випромінювання з оптимальним уповільненням.

КНД плоскої апертури:

• D₀ = (4πSK_в.п./λ²)cos θ₀ (за умови, що промінь віддалений від площини апертури на 2-3 ширини за рівнем −3 дБ; S — площа апертури; K_в.п. — апертурний коефіцієнт використання поверхні, θ₀ — напрям сканування променя, кут місця в сферичній системі координат, що відраховується від нормалі до апертури). Зменшення КСД при скануванні (множник cos θ₀) обумовлене розширенням променя;
• D₀ ≠ 0 за θ₀ → 90°.

Примітки

1. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
2. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. — М. : Высшая школа, 1988. — 432 с.