Коэффициент усиления

Коэффициент усиления, или коэффициент направленного действия (КНД), показывает, во сколько раз мощность полезного сигнала на выходе антенны больше мощности того же сигнала при приеме на ненаправленную антенну. Для параболической антенны коэффициент усиления рассчитывается по формуле:
G = h * (nD / A)^2
Где: G — коэффициент усиления;
h — эффективность или коэффициент использования поверхности антенны (КИП), для большинства антенн равен примерно 0.55;
D — диаметр антенны;
A — длина волны;
n - ПИ.
Из формулы видно, что усиление антенны различно для разных длин волны. Поэтому усиление одной и той же антенны в С-и в Ки-диапазонах разное. Усиление спутниковых антенн огромно. Так, например, антенна диаметром 90 см на частотах диапазона Ки (длина волны около 2.5 см) имеет коэффициент усиления около 8000. Для сравнения: обычные телевизионные антенны, как правило, имеют коэффициент усиления от 2 до 20. Для удобства усиление спутниковых антенн указывается в спецификациях в логарифмических единицах — децибелах: G(AB)= 10 log G

Так, например, усиление той же антенны 90 см в децибелах будет равно 10log(8000) = 39 дБ. Логарифмические единицы удобнее для записи и расчетов, однако, часто вводят в заблуждение людей, не искушенных в математике. Дело в том, что умножение абсолютных величин эквивалентно сложению этих величин в децибелах. Например, число 2 соответствует 3 децибелам. Соответственно, усиление 8000 * 2= 16000 в децибелах будет равно 39дБ+3 дБ = 42 дБ. Поэтому иногда возникает вопрос: почему две антенны сильно отличаются по размеру, а их усиление выражается столь «близкими» числами. На самом деле разница всего в 3 дБ соответствует отличию в 2 раза, разница в 6 дБ — в 4 раза и т. д.

Коэффициент усиления — важнейший параметр антенны, однако, выбирая антенну по спецификации, не стоит даже обращать на него внимания. Дело в том, что никто из производителей антенн для индивидуального приема не измеряет реальные коэффициенты усиления. Коэффициент усиления, указанный в спецификации, рассчитывается по формуле, приведенной выше, по диаметру и длине волны. Другие факторы, в первую очередь — качество изготовления, при этом не учитываются, а коэффициент h каждый производитель выбирает «на глазок» (точнее, как совесть позволит) в пределах 0.5 — 0.65. В результате может оказаться, что по бумагам усиление хорошей антенны меньше, чем усиление не очень хорошей антенны такого же диаметра.

Ширина основного лепестка диаграммы направленности антенны на уровне половинного усиления, или на уровне (—3) дБ — это угол вокруг электрической оси антенны, в пределах которого усиление антенны не меньше, чем половина максимального. Другими словами, если повернуть антенну от направления на спутник на половину этого угла, сигнал уменьшится вдвое. Ширина основного лепестка прямо связана с диаметром, длиной волны и усилением. Для расчета можно пользоваться упрощенной формулой:
O = 70 * A / D
где: O — ширина основного лепестка диаграммы направленности антенны на уровне половинного усиления в градусах.

Из формулы видно, что основной лепесток диаграммы направленности спутниковой антенны очень узкий: например, у антенны 90 см в диапазоне Ки 0 05 = 1.9 градуса. Это означает, что антенна должна быть наведена на спутник с высокой точностью, ошибка менее одного углового градуса приведет к снижению сигнала вдвое. Из формулы также видно, что ширина основного лепестка прямо пропорционально длине волны. В диапазоне С ширина лепестка втрое больше, чем в диапазоне Ки, поэтому настраивать антенны на спутники диапазона С легче, требуется меньшая точность. С другой стороны, ширина основного лепестка обратно пропорциональна диаметру антенны. Неопытные настройщики считают, что большую антенну легче настроить, чем маленькую. На самом деле все наоборот: чем больше диаметр антенны и ее усиление, тем уже основной лепесток диаграммы направленности. Значит, большой антенной труднее найти спутник, а настраивать ее надо точнее, чем маленькую.