Антена збирає енергію падаючого на неї потоку потужності електромагнітного випромінювання. A - геометрична площа, Ae - ефективна площа, E - електричне поле, H - магнітне поле Ілюстрація для калькулятора

Калькулятор дозволяє визначити ефективну площу антени Ae для заданої частоти f або довжини хвилі λ і коефіцієнта посилення антени G. Цей та інші калькулятори на TranslatorsCafe.com стануть в нагоді не тільки інженерам і студентам технічних спеціальностей, а й усім, хто хоче вивчити технічну англійську, так як всі вони є і в англійській версії.

приклад: Розрахувати ефективну площу антени радіотелескопу РТ-70 в Криму: коефіцієнт посилення його антени 69,5 дБі або 9000000, робоча частота 5,0 ГГц (або довжина хвилі 6 см).

Вхідні дані

Вихідні дані

Ефективна площа антени

Ae м²

Для розрахунку введіть величини у відповідних полях, виберіть одиниці та натисніть на кнопку Розрахувати.

Ефективна площа антени є площа еквівалентної плоскої антени з рівномірним амплітудно-фазовим розподілом і максимальним коефіцієнтом спрямованої дії (КНД), рівним КНД розглядається антени. З цієї площі антена, спрямована на джерело сигналу, поглинає енергію падаючого електромагнітного випромінювання. Для зручності пояснення розглянемо ефективну площу прийомної антени. Поглинена антеною потужність P визначається як

P = P d A

Тут Pd-щільність потоку потужності (питома потужність на одиницю поверхні) падаючої електромагнітної енергії і A - площа розкриву (геометрична площа) антени. Коефіцієнт посилення антени G прямо пропорційний геометричній площі антени A. Його можна збільшити шляхом фокусування випромінювання тільки в одному напрямку з одночасним зменшенням випромінювання у всіх інших напрямках. Тому чим вужче ширина пучка, тим вище коефіцієнт посилення антени. Співвідношення між коефіцієнтом посилення антени і її площею виражається формулою, в яку також входить ККД антени:

або

Тут λ - довжина хвилі і η - ККД антени, який завжди менше одиниці:

Тут Ae - ефективна площа (апертура) антени, яка визначається як фізична площа антени, помножена на ККД антени. Якщо ККД антени дорівнює 1 (або 100%), це означає, що вся енергія, що подається передавачем в передавальну антену випромінюється в простір. Якщо ж це приймальня антена, то при одиничному ККД вся енергія, яка приймається антеною, потрапляє в приймач. Однак на практиці частина енергії завжди втрачається у формі теплової енергії, яка витрачається на розігрів елементів конструкції антени і фідера.

Замінюючи твір площі на ККД Aη на ефективну площу Ae, отримуємо:

або

Ця формула і використовується в даному калькуляторі. З неї видно, що для заданої ефективної площі антени її коефіцієнт посилення зростає з квадратом довжини хвилі або при постійній довжині хвилі коефіцієнт посилення антени прямо пропорційний її ефективної площі. Відзначимо, що для апертурних антен, таких як рупорні або параболічні, ефективна площа пов'язана з геометричною площею і завжди менше цієї площі. Однак, для дротяних антен (наприклад, симетричних і несиметричних вібраторів, антен типу «хвильовий канал»), ефективна площа зазвичай значно (іноді в десятки разів) більше фізичної площі антени.

Радіотелескоп РТ-70 в 2 км від сел. Молочне (Сакський район, Крим, Росія). Ефективна площа його антени становить тільки 67% від геометричної площі антени.

Коефіцієнт посилення (КУ) антени по потужності G, званий зазвичай просто коефіцієнтом посилення, являє собою відношення потужності випромінювання спрямованої антени до потужності, випромінюваної ідеальної ненаправленої антеною, причому до входів обох антен підводиться однакова потужність. Коефіцієнт посилення - величина безрозмірна, але частіше вона виражається в децибелах (дБ, відношення по потужності) або ізотропних децибелах (дБи, dBi, також ставлення по потужності). Ізотропний децибел характеризує коефіцієнт посилення антени в порівнянні з ідеальною ізотропної антеною, рівномірно випромінює енергію в усіх напрямках.

Наприклад, визначимо ефективну площу російського телескопа РТ-70, який знаходиться в Криму неподалік від Євпаторії.

Ефективна площа (апертура) антени типу «хвильовий канал». Відзначимо, що, на відміну від будь-якої параболічної антени, ефективна площа якої завжди менше її фізичної площі, ефективна площа антени «хвильової канал» завжди значно більше фізичних розмірів антени. Еліпс ефективної площі розташований перпендикулярно траверсі. Відзначимо також, що чим вище коефіцієнт посилення антени, тим більше її ефективна площа. Антена з великим числом елементів і довшою траверсой має більший КУ і більшу ефективну площу.

Коефіцієнт посилення антени G = 69,5 дБі або 9 000 000.

Діаметр антени d = 70 м.

Робоча частота f = 5,0 ГГц (6 см).

Геометрична площа антени A = πD² / 4 = π70² / 4 = 3848 м². У той же час, її ефективна площа дорівнює

Як ми бачимо, ефективна площа становить лише 67% від геометричної площі антени.

Тепер розрахуємо ефективну площу 5-елементної антени типу «хвильовий канал» (також званої по іменах японських винахідників антена Яги-Уда, антена Уда-Яги або просто антена Яги), що працює на частоті 500 МГц і має коефіцієнт посилення 40 дБі, який відповідає безрозмірного коефіцієнту посилення 10 . Довжина активного елементу трохи менше половини довжини хвилі 0,5λ = 30 см, де λ = 60 см - довжина хвилі.

Діаметр кола площею 0,28 кв. м визначається як

Ця телевізійна антена складається з двох антен: антени дециметрового діапазону типу «хвильовий канал» з 18 директорами і уголковим рефлектором з КУ = 14 дБі (праворуч) і логоперіодічеськие антени з V-подібними елементами метрового діапазону (зліва)

Тобто, для активного елементу довжиною близько 0.5λ = 30 см ми отримуємо коло діаметром 60 см (точніше, еліпс).