Iránykarakterisztika

QFH antenna iránykarakterisztikája

Az iránykarakterisztika egy olyan függvény, amely

• valamilyen eszköz által a térbe kisugárzott energia térbeli eloszlását határozza meg,
• valamilyen eszköz érzékenységét adja meg a tér különböző irányaiból érkező sugárzásokra

Iránykarakterisztikával olyan eszközöket szoktunk jellemezni, amely működése során a térbe sugároz ki energiát valamilyen formában, illetve a térből vesz fel energiát. Ilyen eszközök lehetnek:

• Hangtechnika: hangszórók, hangládák, mikrofonok
• Távközlési technika: antennák
• Világítástechnika: fényforrások, Izzólámpák, fotocellák, napelemek
• Egyéb eszközök: hősugárzó, hőlégfúvó

Jelölések az iránykarakterisztika diagramján

Az iránykarakterisztika általában egy polárkoordináta rendszerben ábrázolt görbe. Egy antennához legtöbbször két diagramot, vagy egy diagramon két görbét adnak meg:

• egy görbét az azimutális (vízszintes) síkon, φ oldalszög függvényében, a mért jelszint alapján
• egy görbét az elevációs (függőleges) síkon, a ϑ magassági szög függvényében.

Legtöbbször magát a sugárzó eszköz rajzát is feltüntetik az ábrán irányhelyesen.

Az azimutális és a vízszintes síkon a 0° általában a fő sugárzási iránynnak felel meg. Az azimutális ábrán a 0° a koordinátarendszer tetején van, az elevációs ábrán pedig a jobb vagy a bal oldalon. Az eleváviós síkon kétféle módon is ábrázolják az iránykarakterisztikát:

• elméleti iránykarakterisztika: a talajt nem jelölik, mivel a ideális térben, reflexiómentes környezetben értendő karakterisztikát ábrázolják.
• üzemi iránykarakterisztika: az eszköz telepítési helyén mért (vagy számított) iránykarakterisztika, az ábrán a talaj vonalát is feltüntetik.
  

Irányjelleggörbe és iránytényező

A sugárzó távoli térerősségének a térbeli iránytól való függését gömbkoordináták (φ, ϑ ) felhasználásával az r(φ, ϑ ), illetve az R(φ, ϑ ) irányjelleggörbével adjuk meg.

Az r(φ, ϑ ) a sugárzásnak valamilyen R(φ₀, ϑ₀ ) alapszintre vonatkoztatott mértéke

$r(\varphi ,\vartheta )={\frac {R(\varphi ,\vartheta )}{R(\varphi _{0},\vartheta _{0})}}$

Az alapszint többnyire R(φ, ϑ )_max maximum, tehát r(φ, ϑ )_max =1

$D={\frac {\text{Az eszköz sugárzási erőssége fő sugárzási irányban}}{\text{ Az eszköz átlagos sugárzási erőssége}}}={\frac {U_{max}}{U_{0}}}$

Az eszköz iránytényezője meghatározható az alábbi képlet alapján:

$D\approx {\frac {41253}{\Delta \varphi \Delta \vartheta }}$

A Δφ és Δϑ az a szögtartomány, amelyben a mért térerősség nagyobb, mint a fő sugárzási irányban mért térerősség fele.

Teljesítmény iránykarakterisztika

A tér különböző irányaiban $G(\vartheta ,\varphi )$a forrástól azonos távolságra lévő pontokon mért teljesítménysűrűség-viszonya a fő sugárzási irány teljesítménysűrűségéhez képest. Ezt a jellemzőt relatív, vagy normalizált térbeli iránykarakterisztikának is nevezik.

$G(\vartheta ,\varphi )={\frac {S(\vartheta ,\varphi )}{|S(\vartheta ,\varphi )_{max}|}}$

Térerősség iránykarakterisztika

A forrástól azonos távolságokban (egy gömbfelület mentén) a forrás által létregozott térerősség viszonylagos értékét adja meg a térbeli sugárzási irány függvényében.

$F(\vartheta ,\varphi )={\frac {E(\vartheta ,\varphi )}{|E(\vartheta ,\varphi )_{max}|}}$

Mivel a térerősség a teljesítménysűrűség négyzetgyökével arányos, a térerősség-, illetve a teljesítmény-iránykarakterisztika közötti összefüggés az alábbi:

$F(\vartheta ,\varphi )={\sqrt {G(\vartheta ,\varphi )}}$

Az iránykarakterisztikáról leolvasható jellemzők

Félteljesítményű irányélességi szög (HPBW)

Az eszköz félteljesítményű (-3 dB-es) irányélességi szöge (Θ), (φ,ϑ) a főnyaláb -3 dB-es relatív értékeinek - szögben megadott - távolsága. Az eszköz irányítottságának jellemzésére alkalmas. A sugárforrás a teljesítményének nagy részét a HPBW által meghatározott irányban adja le, illetve az érzékelő ebből a térrészből képes felvenni az energiát.

Antennáknál a félteljesítményű irányélességi szöget szokták megadni az antenna sugárzási szögeként, valamint ezt a szöget használják az antennanyereség meghatározásához, vagy az EIRP kiszámításához.

Előre-hátra viszony (FBR, F/B)

Az előre-hátra viszony (front-to-back ratio, dB). Az eszköz előre-hátra viszonya megmutatja, hogy hányszor nagyobb jelet vesz fel, illetve ad le a fő sugárzási irányban, mint az azzal ellentétes irányban.