Спрямованість (Directivity)

 Спрямованість — це міра концентрації випромінювання антени в напрямку максимального випромінювання. Вона визначається як відношення максимальної інтенсивності випромінювання до середньої інтенсивності випромінювання по всій сфері:

$$\text{Спрямованість} = \frac{\text{максимальна інтенсивність випромінювання}}{\text{середня інтенсивність випромінювання}} = \frac{U_{\text{max}}}{U_0}$$де:

• Uₘₐₓ — максимальна інтенсивність випромінювання,
• U₀ — середня інтенсивність випромінювання.

 

Відмінність між спрямованістю і коефіцієнтом підсилення

    Спрямованість і коефіцієнт підсилення (Gain) відрізняються лише ефективністю антени. Спрямованість можна легко оцінити за діаграмою спрямованості антени, тоді як коефіцієнт підсилення визначається як добуток спрямованості на ефективність антени і його потрібно вимірювати експериментально.

$$\text{Коефіцієнт підсилення} = \text{Спрямованість} \times \text{Ефективність}$$

Розрахунок середньої інтенсивності випромінювання

    Середня інтенсивність випромінювання визначається через поверхневий інтеграл по сфері випромінювання. Оскільки площа сфери становить 4π стерадіанів, середня інтенсивність випромінювання може бути знайдена як: $$\text{Середня інтенсивність випромінювання} = \frac{1}{4\pi} \int_0^{2\pi} \int_0^{\pi} U(\theta, \phi) \sin\theta \, d\theta \, d\phi = U_0$$

Це рівняння показує, що середня інтенсивність випромінювання — це випромінювана потужність, поділена на площу одиничної сфери.

Інтенсивність випромінювання: співполяризація та кросполяризація

    Інтенсивність випромінювання U(θ, φ) можна розділити на компоненти співполяризації та кросполяризації:

$$U_0 = \frac{1}{4\pi} \int_0^{2\pi} \int_0^{\pi} \left[ U_C(\theta, \phi) + U_×(\theta, \phi) \right] \sin\theta \, d\theta \, d\phi$$

де:

• U_C(θ, φ) — компонент співполяризації,
• U_×(θ, φ) — компонент кросполяризації.

    Це рівняння дозволяє розрахувати загальну випромінену інтенсивність антени з урахуванням різних компонентів поляризації. Спрямованість може бути визначена для обох компонентів випромінювання: співполяризації та кросполяризації. Вони характеризують, наскільки потужність випромінювання сконцентрована в напрямку максимальної інтенсивності для кожної з цих компонентів.

Спрямованість співполяризації і кросполяризації:

• Спрямованість співполяризації (DirectivityC):

$$\text{Спрямованість}_C = \frac{U_{C,\text{max}}}{U_0}$$

де:

• U_{C,\text{max}} — максимальна інтенсивність випромінювання для компонента співполяризації,

• U_0 — середня інтенсивність випромінювання по сфері.

• Спрямованість кросполяризації (Directivity×):

$$\text{Спрямованість}_× = \frac{U_{×,\text{max}}}{U_0}$$

де:

• U_{×,\text{max}} — максимальна інтенсивність випромінювання для компонента кросполяризації,
• U_0 — середня інтенсивність випромінювання.

Загальна спрямованість:

Спрямованість також може бути визначена для будь-якого довільного напрямку, залежно від кутів θ та φ. У цьому випадку спрямованість визначається як відношення інтенсивності випромінювання в цьому напрямку до середньої інтенсивності випромінювання:

$$D(\theta, \phi) = \frac{U(\theta, \phi)}{U_0}$$

Однак, якщо кути координат θ і φ не вказані, зазвичай розраховується спрямованість у напрямку максимального випромінювання:

$$D = \frac{U_{\text{max}}}{U_0}$$

Висновок:

Спрямованість визначає, наскільки ефективно антена фокусує випромінювання в певному напрямку. Вона може бути розрахована як для співполяризаційних, так і для кросполяризаційних компонентів випромінювання, а також для будь-якого довільного напрямку залежно від кутів випромінювання.