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【IEEE WCET】WEBOK4.3.4 Directivity, Gain and Aperture

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


A Guide to the Wireless Engineering Body of Knowledge (WEBOK)A Guide to the Wireless Engineering Body of Knowledge (WEBOK)
(2009/04/13)
IEEE Communications Society

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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.3 Antennas
4.3.4 Directivity, Gain and Aperture 指向性,利得,実効面積


アンテナの指向性Dは放射強度とその平均との比であり、以下の式で定義される。

 4-3-4_1.gif

ここでU(θ,φ)は放射強度である。
無指向性ならば、Dは単一の値となる。

利得Gは導電性損失などを含んでいるため指向性Dよりも小さな値となる。利得GはkDとも表すことができ、kは効率(0~1)である。

等方性(isotoropic)アンテナとは、無指向性かつD=1である理論上のアンテナである。

全てのアンテナの(最大放射方向の)指向性はD≧1となる。通常、指向性の単位は[dBi](dB over isotoropic)であり、つまり等方性アンテナの利得を0[dBi]に基準した単位である。例えば半波長ダイポールの指向性はD=1.64となるが、これは2.15[dBi]に等しい。半波長ダイポールの放射パターンにおいて、E面の半値角ビーム幅は78°であるが、H面は無指向性となる。

指向性はおおよそD=40,000/(θHPφHP)となる(θHP,φHPはそれぞれE面,H面の半値角[deg])。

実効面積Aeは、アンテナが到来波エネルギーを捉えることができる範囲を意味し、アンテナの実効的な面積である。つまり実効面積はアンテナの物理的な面積とは異なり、アンテナのタイプによって物理的な面積より大きくも小さくもなる。指向性と実効面積の関係は以下の式で表さられる。

 4-3-4_2.gif

つまり、利得を上げようとするならば、アンテナの実効面積を大きくすればよく、または波長を短くする(動作周波数を高くする)とよい。


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