Antennin suuntaavuus D, vahvistus G  ja Desibelit dBi ja dBd;

Antennin suuntaavuus D (directivity) = Kmax / Kkesk  eli sen suunnan säteilyintensiteetin Kmax  [W/sterad] jossa se on suurin suhteena ko antennin keskimääräiseen säteilyintensiteettiin  Kkesk . D ilmoitetaan yleensä vain suhteena (laatu on siis 'kertaa').
Jos säteily on sama (homogeeninen) joka suuntaan (koko avaruuskulmaan (4*pii)), on kyseessä isotrooppinen antenni. Isotroopisella antennilla D = 4 * pii * Kmax / Psät [kertaa], missä Psät = antennin säteilemä (säteily)teho [W].

Antennin suuntaavuus ilmoitetaan normalisti aivan toisen yksikön eli (antennin) vahvistuksen G (Gain) avulla. Vahvistus G = K(tarkasteltuun avaruuskulmaan) / Kisotr [kertaa].

Desibeli on yksikkö, jolla ilmoitetaan kahden tehon P1 ja P2 keskinäistä suuruutta tai suureen suuruutta johonkin sovittuun vertailutasoon.
P1 voi olla esim teho nyt ja P2 tehon ennen tai P1 on vain jokin teho jonka arvo halutaan ilmoittaa desibeleinä suhteessa P2:teen.

Teho 10*lg(P1/P2) desibelit - vaimennus & vahvistus

Antennin vahvistus G desibeleinä verrattuna isotrooppiseen antenniin.

Antennin vahvistus G(ain)  [dBi] on suuntaavuuden logaritmi kerrottuna vakiolla 10 eli G = 10*lg(4*pii*Kmax / Psät) [dBi]  =   10*lg(Di) [dBi]

Antennin vahvistus G desibeleinä verrattuna dipoli(antenniin).

Sähköiseltä pituudeltaan lamda/2 dipolin Z = 73,1 + j * 42.5 [ohm]. |Z| = 84,55 [ohm]. Tälläisen dipolin D  = 1,64 [*], desibeleinä 2.148 [dBi]. 

G(ain)  [dBd] = G [dBi] - G dipoli [dBi] =  G [dBi] - 2.148 [dBd]. Antennin vahvistus G(ain)  [dBd] verrattuna dipoliin on aina siis aina 2.148 [dBi] pienempi kuin hypoteettisen isotrooppisen säteilijän.

Muutamia arvoja: Kun vahvistus kasvaa 25,89.. % vastaa se yhtä (1) desibeliä. ja kun vahvistus kasvaa 58.5 % on se kasvanut 2 dB, vahvistuksen kahdentuessa se kasvaa melko tarkasti 3 dB, vahvistuksen kasvaessa n. 2,5 kertaiseksi on se kasvanut melko tarkasti 4 dB, 3,162.. (eli neliöjuuri 10) kertaistuminen on 5 dB, vahvistuksen 4-kertaistuminen on 6 dB ja vahvistuksen viisinkertaistuminen on melko tarkasti 7 dB, vahvistuksen 6,3-kertaistuminen on 8 dB, vahvistuksen 8-kertaistuminen on 9 dB.  vahvistuksen kymmenkertaistuminen on 10 dB.

Sähköiseltä pituudeltaan lamda/2 dipolin Z = 73,1 + j * 42.5 [ohm]. |Z| = 84,55 [ohm]. Siis säteilyimpedanssin resistiivinen osa resistanssi R = 73.1 [ohm] ja säteilyimpedanssin reaktiivinen osa on (tässä induktiivinen reaktanssi) X  = 42.5 [ohm] ja näinollen säteilyimpedanssi = 84.55 [ohm]. Tälläisen dipolin D  = 1,64 [*] = 2.148 [dBi].  Huom kyseessä ei siis ole 'viritetty' antenni. Radiolähettimien yhteydessä dipolin pituutta hieman muutetaan (tässä lyhennetään), jolloin säteilyn kannalta haitallinen reaktanssi pyritään saamaan nollaksi. Ainoastaan säteilyimpedanssin resistiiviseen osaan (R) tullut teho säteilee ja irtautuu antennista ja etenee horisonttiin. Reaktiiviseen osaan X syötetty teho jää pyörimään antennin lähikentässä. Eli jos antenni on huonon pituinen eli X on suuri varsinkin suhteessa R:ään. Tällöin suurin osa tehosta pyörii vain antennin lähikentässä ja mahdollisesti häiritsee muita esim naapureiden telkkareita tms.. Virityslaite ei ole ratkaisu. Sillä saa antennin vain näyttämään oikean kokoiselta lähettimestä katsottuna. Ainoa oikea tapa on fyysisesti virittää antennin pituus siten, että antenni resonoi ko taajuudella. Jos näin käy, niin Z = R ja X = 0 [ohm]. Häiriöitä ei ole ja koko antenniin tullut teho irtautuu antennista. Vasta fyysisesti viritetty antennin (esim 73.1 ohmin dipolin) voi hyvällä omallatunnolla sovittaa virityslaitetta käyttäen lahettimeen, joiden Zout useimmiten 50 [ohm]. Sovituksen oikeellisuuden mittana käytetään usein SA (seisovan aallon) suhdetta. Engl. SWR (standing wave ratio). Ideaalinen sovitus SA = 1, muutoin SA > 1, mitä enemmän sitä huonompi.

G = 10*lg(D) ja päinvastaiseen suuntaan lg(D)  = G / 10, josta D = 10lg(D) = 10(G/10). Funktiolaskimella laskenta sujuu parhaiten!

Esimerkki 1 Yagi-antennin suuntaavuus D = 25 [kertaa]. G = 10*lg(25) = 13.979.. dBi   = 13.979 - 2.148 dBi = 11.831 dBd.

Esimerkki 2 Paraboloidiantennin vahvistus on G =30 dBd. Antennin vahvistus G = 30 + 2.148 [dBi]. Ko antennin suuntaavuus D = 10(32.148/10) [kertaa] verrattuna isotrooppiseen = 1640 [kertaa]. Suuntaavuus dipoliin verrattuna = 1640 / 1.64 = 1000 [kertaa]. Sama tulos tulee myös desibeleistä D (dipoliin) = 10(30/10) [kertaa] = 103 = 1000 [kertaa].

Esimerkki 3 Yagi-antennin vahvistus on G =15 dBd. Antennin vahvistus G = 15 + 2.148 [dBi]. Ko antennin suuntaavuus D = 10(17.148/10) [kertaa] verrattuna isotrooppiseen = 51.86 [kertaa]. Suuntaavuus dipoliin verrattuna = 51.86 / 1.64 = 31.62 [kertaa]. Sama tulos tulee myös desibeleistä D (dipoliin) = 10(15/10) [kertaa] = 101.5 = 31.62 [kertaa].

Esimerkki 4 Hyvän yagi-antennin vahvistus on G =20.148 dBi. Antennin vahvistus G = 20.148. - 2.148 = 18 [dBd]. Ko antennin suuntaavuus D = 10(20.148/10) [kertaa] verrattuna isotrooppiseen = 103.5 [kertaa]. Suuntaavuus dipoliin verrattuna = 103.5 / 1.64 = 63.1 [kertaa]. Sama tulos tulee myös desibeleistä D (dipoliin) = 10(18/10) [kertaa] = 101.8 = 63.1 [kertaa].

Suuntaavuuden D laskeminen joissakin tapauksissa:

Kierukka-antenni eli Helix (tai helical antenna): D on noin (15 * (2 * pii * a)2 * N * s) / lamda3, missä N = helixin kierrosten määrä, a =helixin säde [m], s = nousu yhden kierroksen matkalla [m] ja lamda aallonpituus [m] tarkastelutaajuudella. Kaava on riittävän tarkka, kun 2 * pii * a (eli yhden kierroksen pituus helixin ympäri) on suurempi tai yhtäsuuri kuin lamda.


Pintasäteilijä, suorakaiteenmuotoinen säteilypinta, esim suorakaiteemuotoinen avoin aaltoputki:
Tapaus 1) D = (4 * pii * a * b) / lamda2 [kertaa].  Sieppauspinta-ala Ae = a * b [m2]. Säteily vakio koko pinnalta.
Tapaus 2) D = 10.2 * (a * b / lamda2) [kertaa].  Sieppauspinta-ala Ae = a * b [m2]. TE10-aaltomuoto, kentänvoimakkuus E-tasossa noudattaa kosinikäyrää, vaihe sama koko pinnalla.


Pintasäteilijä, suorakaiteenmuotoinen säteilypinta, esim suorakaiteemuotoisen avoin ns pydamiditorvi:
DE =suutaavuus E-tason torvella.  E-taso lyhyemmän suorakaidesivun suuntainen kulkuaaltoputken poikkileikkauspinnalla. Torvi kapea, korkea suorakaide E-tason suunnassa.
DH =suutaavuus H-tason torvella.  H-taso pidemmän suorakaidesivun suuntainen kulkuaaltoputken poikkileikkauspinnalla. Torvi kapea, korkea suorakaide H-tason suunnassa.
Pyramiditorven sieppauspinta-ala Ae = a * b [m2].
Pyramiditorven suuntaavuus D = (DE * DH * lamda2) / (32 * a 1* b1) [kertaa], missä a1 = H-tason torven pidemmän sivun pituinen, b1 = E-tason torven pidemmän sivun pituinen.


Pintasäteilijä, pyöreä säteilypinta, esim pyöreä torviantenni:
D = 10.5 * pii * (d2 / (2 * lamda) ) [kertaa].   Sieppauspinta-ala Ae = (pii * d2) / 4 [m2]. TE11-aaltomuoto, d > lamda.


Pintasäteilijä, ympyränmuotoinen säteilypinta, esim paraboloidi:
Sieppauspinta-ala Ae = (pii * d2) / 4 [m2].  D = G =   C * ( (pii * d) / lamda)2 [kertaa], missä C on kerroin (hyötysuhde %), joka tulee siitä että syötön kautta tullut teho ei jakaudu tasan peilille, peilissä on epätarkkuuksia jne. Käytännössä C on välillä 50 - 80 %.
G = 10 * lg(D) [dBi] = 10 * lg(D) - 2.148 [ [dBd].

Site by Taikaviitta, OH1AYK © OH1AYK Last updated: maaliskuu 26, 2001