Сопротивления излучения и потерь антенны и их связь с вход­ным импедансом

Что такое Rизл и Rпот и как они влияют на КПД и Rвх антенны? Методы повышения эффективности антенн путём оптимизации этих пара­мет­ров

Сопротивление излучения антенны R_изл – это мнимая (физически не существу­ющая) характеристика, которая равна отношению мощности, излучаемой антенной (P_изл), к квадрату максимальной величины тока (I_макс) в полотне антенны:

R_изл = P_изл /(I_макс)²

Значение R_изл зависит от размеров антенны, её геометрии, и распределения тока.
В случае простой линейной антенны с длиной до 1λ, R_изл пропорционально растёт вместе с линейными размерами полотна антенны. На Рис.1 в качестве примера прведена зависимость сопротивления излучения симметричного диполя от его размеров, выраженных в длинах волн.



Рис.1 Зависимость R_изл симметричного диполя от его размеров

Сопротивление излучения достаточно наглядный параметр, иллюстрирующий эффективность излучения антенны, и в большей степени характеризует качество антенны (т. е. её способность к передаче энергии), чем, скажем, излучаемая мощность. Однако для вычисления корректного значения КПД антенны вводится ещё один параметр, называемый сопротивлением потерь.

Сопротивление потерь антенны R_пот – это уже вполне себе реальная величина, характеризующая сумму различных сопротивлений, таких как: R омических (теп­ло­вых) потерь в проводниках антенны (R_Ω), R-потерь в изоляции проводов (R_и), R-потерь в земле (R_з), а также R-потерь в предметах, находящихся в ближней зоне действия антенны (R_о). Численно величина сопротивления потерь равна:

R_пот = R_Ω+R_и+R_з+R_о = P_пот /(I_д)², где
P_пот – мощность потерь антенны, I_д – действующее значение тока в антенне.

Для снижения величины сопротивления потерь в антенне применяются следующие меры:
1. Использование материалов проводников с высокой проводимостью и большим периметром сечения;
2. Использование качественной изоляции элементов антенны (для уменьшения потерь в диэлектриках);
3. Достаточная высота подвеса антенны над землёй (не менее 0,5 длины волны для антенн с горизонтальной поляризацией и λ/4 или выше – для вертикальных антенн);
4. Достаточное расстояние от проводящих конструкций и окружающих предметов.

Поскольку мощность передатчика распределяется между мощностью излучения (P_изл) и мощностью потерь (P_пот), то КПД антенны можно представить как:

КПД = P_изл / (P_изл + P_пот).

Таким образом, для достижения максимальной эффективности антенны (то есть высокого КПД) следует стремиться не столько к увеличению абсолютного значения P_изл, сколько к повышению величины P_изл по отношению к P_пот.

Входное сопротивление (или импеданс) антенны – это сопротивление на её входных клемах (Z_а), которое в общем случае имеет как активную (R_а), так и реактивную (X_а) составляющие:

Z_а = R_а + jX_а .

Для уменьшения КСВ реактивную составляющую стараются скомпенсировать, добиваясь тем самым чисто активного значения. В этом случае:

Z_а = R_а = R_изл + R_пот, где
R_а – это активное сопротивление антенны;
R_изл – сопротивление излучения;
R_пот – сопротивление потерь.

При R_изл≫R_пот можно говорить о том, что входное сопротивления антенны равно, (хотя на самом деле – приближено к) сопротивлению излучения, но такое можно получить только в полноразмерных и тщательно выполненных конструкциях.