Коэффициент усиления (КУ) антенны — отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности^[1].

КУ является безразмерной величиной, может выражаться в децибелах (дБ, дБи, дБд). Для обозначения КУ используют латинскую букву G (от англ. Gain).

КУ антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны (выходную мощность передатчика) при замене данной антенны идеальной ненаправленной антенной, чтобы значение плотности потока мощности излучаемого антенной электромагнитного поля в точке наблюдения не изменилось. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (КПД) ненаправленной антенны равен единице.

Обычно оперируют значением КУ G₀ в направлении максимума излучения антенны. При этом КУ становится мерой эффективности антенны как способности антенны концентрировать энергию электромагнитного излучения в узком луче с учетом потерь энергии в элементах конструкции антенны и объектах, расположенных в ближней зоне антенны. Таким образом, КУ однозначно связан с коэффициентом направленного действия (КНД) D и КПД η антенны: G = D · η. При определении КПД потери на отражение из-за рассогласования входного импеданса антенны с импедансом источника возбуждения не учитываются.

Значение КУ в направлении максимума излучения может составлять от нуля до миллионов. КУ меньше единицы характерен для антенн с низким КПД: электрически малых антенн (укороченные, малогабаритные антенны) и антенн с искусственно введенными поглощающими элементами (антенны для работы в широкой и сверхширокой полосе радиочастот; антенны, располагающиеся на предельно малой высоте от грунта и др.).

Малое значение КУ не обязательно означает, что антенна обладает низким значением КНД (то есть обладает слабо выраженными направленными свойствами). И, наоборот, антенна с высоким КНД может "плохо излучать" радиоволны. Характерный пример — приемная антенна Бевереджа, обладающая типичными значениями КУ -30 дБи и КНД +15 дБи.

Принципы расчёта

где - КПД антенны; и - сопротивление излучения и потерь соответственно.

Обычно интересуются максимальными значениями КНД и КУ:

Отличие КУ и КНД

Для реальных антенн простой конструкции, таких как симметричный вибратор, значение КУ практически совпадает со значением КНД, поскольку КПД таких антенн близок к 100%. Однако в ряде случаев (антенна расположена вблизи земли, содержит в конструкции поглощающие материалы, антенна сложной конструкции, антенна с управляемым положением максимума ДН) КПД может опускаться до значений 30-50% и даже ниже. Поэтому КНД и КУ таких антенн могут значительно отличаться друг от друга.

Измерение

Важно, чтобы эталонная и исследуемая антенны измерялись в идентичных условиях. В частности, в КВ и УКВ диапазонах измерения должны проводиться при одинаковой высоте подвеса над грунтом, одинаковом расстоянии до регистрирующего напряженность поля измерительного зонда и др. Если обе антенны размещены одновременно и близко расположенны друг от друга, то взаимное влияние может исказить результат измерений. Поэтому измерения целесообразно проводить с каждой из антенн в отдельности.

Примечания

1. ↑ ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения

См. также

• Коэффициент направленного действия
• КПД антенны
• Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. Учеб. для радиотехнически специальностей вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 432 с.