|
||||||
Об изотропном излучателе.
Развернувшаяся в ФИДО полемика об изотропном излучателе как всегда, показала неоднозначность толкования простых истин и заставила снова сесть за клавиатуру. Предпосылкой полемики стало заявление о десятках реально существующих конструкций изотропных излучателей. Как известно, усиление антенн часто сравнивается с усилением изотропного или идеального излучателя (и то и другое имеет один и тот же смысл.) и существует соблазн построить изотропную антенну в качестве измерительной. Однако это невозможно.
Так почему невозможно построить "изотропный излучатель"?
Для начала еще раз определимся с понятием "изотропный излучатель". Наиболее часто встречается простое определение – «излучатель со сферической диаграммой направленности».
Верно ли это определение?
Нет, и вот почему: Антенна, имеющая абсолютно сферическую диаграмму
направленности имеет коэффициент направленного действия (КНД) равный 1.
Неоспоримый факт, подтверждается законами геометрической оптики, на основе которых строятся расчеты антенн. Коэффициент направленного действия зависит только от диаграммы направленности и не учитывает электрические потери в земле, близко расположенных предметах, потери в элементах антенны и т.д. Эти потери для разных антенн будут совершенно различны. И даже одна и та же антенна на разных высотах над землей будет иметь разные потери.
Но поскольку речь при измерении (сравнении) параметров антенн идет не о КНД, а о коэффициенте усиления (КУ), при этом утверждается, что изотропный излучатель имеет КУ равный 1 (0 дБ). Не влезая в «дебри» антенной теории, прошу поверить на слово, это так на самом деле.
Вспомним зависимость КНД и КУ.
G = ηD
Где: G – коэффициент усиления антенны,
η – КПД
антенны,
D – коэффициент направленного
действия.
Итак, коэффициент усиления равен произведению коэффициента направленного действия на коэффициент полезного действия (КПД). Чтобы коэффициент усиления антенны со сферической диаграммой направленности был равен 1, КПД тоже должен быть равен 1.
Возможно ли сооружение антенны с КПД равным 1?
Конечно же, нет.
Таким образом, доказана невозможность построения "изотропной антенны". А все что считается изотропным излучателем, может носить определение только как "Антенна с почти сферической диаграммой направленности". В зависимости от конструкции, коэффициент ее усиления будет примерно равен коэффициенту полезного действия. "Примерно" только потому, что КНД тоже никогда не будет равен 1.
Теперь найдем другое определение понятия "изотропная антенна": "Изотропной антенной считается гипотетический излучатель, имеющий сферическую диаграмму направленности и не имеющий потерь" Именно такое понятие изотропной антенне дано Айзенбергом. "Не имеющий потерь" как раз и говорит о КПД = 1. "Гипотетический" можно заменить словом "виртуальный" т.е. "реально не существующий". Очень жаль, что определение не характеризует диапазонные свойства антенны, но сам собой напрашивается вывод, что такая антенна должна быть вседиапазонной или, по крайней мере - широкополосной. Конечно же, такое сочетание требований к антенне еще раз подтверждает невозможность ее реального воплощения в обозримом будущем.
Теперь появилась проблема: Раз не существует изотропная антенна, относительно чего теперь измерять коэффициент усиления?
Все в нашем мире относительно, поэтому измеряйте относительно того, что вам доступно, поскольку даже такая величина как "коэффициент усиления относительно полуволнового диполя" может применяться только тогда, когда "диполь находится в свободном пространстве".
В любом другом случае усиление диполя будет заведомо меньше и усиление сравниваемой с ним антенны будет выше, чем реальное. Чем хуже сделан диполь и чем ниже его реальный КПД, тем более высокие результаты вы получите от сравниваемой с ним антенны.
А вообще, не выпячивая грудь и не попадая впросак, лучше всего говорить не о реальном, а о расчетном коэффициенте усиления антенны. Или об усилении относительно той реальной антенны, какую можете построить в качестве эталона.
А как же тогда измеряется усиление относительно «изотропа»?
Измерить реальный коэффициент усиления можно, но для этого нужно иметь специальные измерительные антенны, калиброванные измерители напряженности поля, а это радиолюбителям почти недоступно. Да и процесс измерения не такой простой.
Для расчета коэффициента усиления антенны необходимо знать: Подводимую к антенне мощность, расстояние до измерительной антенны и напряженность поля или плотность потока мощности в точке измерения. Разумеется, далеко не каждому радиолюбителю доступны приборы для измерения напряженности поля или плотности потока мощности. При расчетах сначала рассчитывается (именно рассчитывается) напряженность поля от гипотетического изотропного излучателя в точке измерений, а затем эта величина сравнивается с напряженностью поля в той же точке при работе реальной антенны с той же подводимой мощностью. Изотропный излучатель при этом строить не нужно, достаточно только сделать расчет напряженности поля, подставив в формулы КНД=1 КПД=1 и КУ=1 и реально измеренное значение подводимой мощности. Естественно, такие расчеты и измерения не каждому по плечу.
Поэтому в любительских условиях проще "снять" диаграмму направленности и добиться тех параметров, которые вас интересуют, например, полоса пропускания, подавление заднего или бокового лепестков, максимума усиления антенны.
Помните, что при максимальном усилении нельзя добиться максимальной широкополосности и подавления, и наоборот - при максимальном подавлении усиление будет далеко не максимальным. Так что выбирайте только один максимальный параметр или идите на компромисс. А уж чего добились, тем и гордитесь. Но не говорите никогда и никому, что усиление вашей антенны "измерено относительно изотропного излучателя" и тем более не говорите, что вы этот излучатель сами и построили.
Дальних вам связей!
73! Н.Филенко (UA9XBI)
