Характеристики диаграмм направленности.

Из диаграммы направленности легко определить направление главного максимума, ширину главного лепестка и относительный уровень главных максимумов.

Относительный уровень боковых максимумов есть отношение напряжённости поля или интенсивности излучения в направлении боковых максимумов к напряжённости поля или интенсивности излучения в направлении главного максимума. Так как при вычерчивании диаграммы направленности напряжённость поля или интенсивность излучения в направлении главного максимума принимается за единицу, то относительный уровень боковых максимумов виден непосредственно из диаграммы направленности.

Ширина главного лепестка 2θ по полярным диаграммам определяется углом между направлениями, соответствующими уровню 0,707, отдельно для каждой из двухмерных диаграмм направленности.

Ширина главного лепестка 2θ по прямоугольным диаграммам направленности определяется длинной хорды, соединяющей точки главного лепестка, соответствующие уровню , (при линейном масштабе), 0,5 (при квадратичном) и – 3 дб (при логарифмическом).

По картографическим диаграммам направленности ширина главного лепестка 2θ определяется следующим образом. На диаграмме наносится линия уровня 0,707 . Затем проводится хорда этой линии, проходящая через точку главного максимума. Длина этой хорды, выраженная в градусах, и есть ширина главного лепестка. Очевидно, что таких хорд можно провести бесчисленное множество, причем каждая будет относиться к двухмерной диаграмме направленности в плоскости, проходящей через данную хорду и центр отображаемой на диаграмме сферы.

Коэффициент направленного действия ( КНД ) антенны связан с диаграммой направленности сложной зависимостью. Под КНД антенны D понимают отношение интенсивности её излучения в направлении главного максимума к среднему значению интенсивности её излучения по всем направлениям, т.е.

. (2.1)

Учитывая, что в направлении главного максимума

,

получим

. (2.2)

Из (2.2) видно, что для расчёта КНД нужно знать , т.е. ,вообще говоря, трёхмерную диаграмму направленности. В ряде случаев трёхмерная диаграмма направленности является фигурой вращения относительно оси . При этом

. (2.3)

Формулы (2.2), (2.3) дают точные значения КНД , если известно точное выражение для . Однако найти достаточно точно экспоненциальным путём весьма трудно. Поэтому ограничиваются, особенно для остронаправленных антенн, приближёнными методами определения КНД через ширину главного лепестка диаграммы направленности 2θ в двух главных плоскостях. Связь между КНД и 2θ можно найти, руководствуясь следующими соображениями.

Как известно, у плоскостных синфазных антенн

, (2.4)

,

, (2.5)

где S – площадь антенны;

а – линейный размер антенны;

ν и χ – коэффициент пропорциональности; индексы 1 и 2 указывают на принадлежность величин одной или другой главной плоскости, в которой определяется двухмерная диаграмма направленности.

Углы θ₁ и θ₂ выражены в радианах. Величины S и a связаны между собой соотношениями:

в случае круглой площадки

, (2.6)

в случае прямоугольной площадки

. (2.7)

Исключая из (2.6) и (2.7) S и a , получим :

для круглой площадки

, (2.8)

для прямоугольной площадки

. (2.9)

Подставляя в формулы (2.8) и (2.9) значения , полученные для прямоугольных и круглых синфазных антенн при разном законе изменения амплитуд, и выражая и в градусах, приходим к следующей приближенной формуле:

. (2.10)

В случае диаграммы направленности в виде фигуры вращения

. (2.11)

Иногда пользуются такими характеристиками, как КНД по главному лепестку D₁ :

 

, (2.12)

где и - угловые границы главного лепестка, и коэффициент рассеяния B , равный отношению мощности бокового и заднего излучения к полной мощности излучения:

 

. (2.13)

 

Легко увидеть, что КНД (2.2) связан с КНД по главному лепестку и с коэффициентом рассеяния соотношением

.