Однак не менш важливим параметром є кут розкриття діаграми спрямованості.
Ці характеристики пов'язані між собою. Антена з більшим підсиленням зазвичай концентрує випромінювання у вужчому напрямку, тоді як ширококутна дозволяє охоплювати більший сектор простору.
Розберемося, як ці параметри впливають на практичне використання антени.
Що означає підсилення антени в dBi?
Підсилення показує, наскільки ефективно антена випромінює або приймає сигнал у певному напрямку порівняно з ізотропною антеною.
Ізотропна антена — це умовний випромінювач, який розподіляє потужність рівномірно в усіх напрямках.
Наприклад, підсилення 14 dBi відповідає приблизно 25-кратному збільшенню щільності потоку потужності в напрямку максимального випромінювання порівняно з ізотропною антеною за однакової підведеної потужності.
Важливо розуміти, що антена не створює додаткової енергії. Вона перерозподіляє випромінювання у просторі.
Завдяки цьому спрямована антена може покращувати енергетичний баланс радіолінії, але не гарантує певної дальності зв'язку.
Що таке кут розкриття діаграми спрямованості?
Кут розкриття характеризує ширину основної діаграми випромінювання антени.
Зазвичай він визначається між двома напрямками, у яких потужність знижується на 3 dB відносно її максимального значення.
Наприклад, якщо для антени зазначено кут 25°, це означає, що ширина її основної діаграми за рівнем половинної потужності становить приблизно 25° у відповідній площині.
Це не жорстка межа приймання сигналу.
За межами основного сектора антена також здатна приймати або випромінювати сигнал, але з іншим рівнем підсилення.
Крім того, реальна діаграма може відрізнятися в горизонтальній та вертикальній площинах.
Як змінюється ширина сектора залежно від відстані?
Уявімо спіральну антену з кутом розкриття 25°, спрямовану на віддалений об'єкт.
На відстані 1 км геометрична ширина сектора за цим кутом становитиме приблизно 443 метри.
На відстані 3 км — уже близько 1,33 км.
На відстані 5 км — приблизно 2,22 км.
Отже, зі збільшенням дистанції охоплюваний сектор стає ширшим, навіть якщо кут розкриття антени залишається незмінним.
Це саме геометричний розрахунок за заданим кутом, а не гарантована зона якісного радіозв'язку.
Формула розрахунку ширини сектора
Геометричну ширину сектора можна визначити за формулою:
W = 2 × D × tan(θ / 2)
Де:
W — повна ширина сектора.
D — відстань від антени.
θ — повний кут розкриття діаграми спрямованості.
Наприклад, для антени з кутом 25° на відстані 3 км отримуємо ширину приблизно 1330 метрів.
Це означає приблизно по 665 метрів ліворуч і праворуч від центрального напрямку.
Формула дозволяє оцінити геометрію сектора, але не враховує особливостей реальної діаграми випромінювання, бічних пелюсток та умов поширення сигналу.
Чим відрізняються кути 20°, 25° та 30°?
Порівняймо три спрямовані антени з різними кутами розкриття.
На відстані 3 км геометрична ширина основного сектора становитиме приблизно:
- 20° — 1,06 км.
- 25° — 1,33 км.
- 30° — 1,61 км.
Таким чином, збільшення кута розкриття з 20° до 30° розширює сектор на цій відстані приблизно на 550 метрів.
Це суттєва різниця при роботі з літальним апаратом, який переміщується в просторі.
Вузькоспрямована антена потребує точнішого наведення, тоді як ширококутна дозволяє охоплювати більший сектор без постійного коригування напрямку.
Вузькоспрямовані спіральні антени особливо ефективні на великих дистанціях, коли важливо забезпечити максимальне підсилення сигналу і є можливість точно наводити антену на літальний апарат.
Ширококутні антени з меншим підсиленням часто зручніші на невеликих дистанціях, а також при роботі з повітряними ретрансляторами. У таких системах літальний апарат може постійно змінювати своє положення та орієнтацію під впливом вітру або внаслідок керувальних дій пілота. Ширша діаграма спрямованості дозволяє краще компенсувати зміни напрямку на апарат і зменшує вимоги до точності наведення наземної антени, або повітряного ретранслятора.
Чи завжди більше підсилення означає кращу антену?
Ні. Усе залежить від умов використання.
Якщо напрямок на літальний апарат відомий і є можливість точно наводити антену, модель із високим підсиленням може забезпечити кращий енергетичний баланс радіолінії.
Але якщо апарат часто змінює напрямок або переміщується у великому секторі, вужча діаграма може стати недоліком.
У такому випадку антена з меншим підсиленням і ширшим кутом розкриття іноді виявляється практичнішою.
Тому кількість витків Helix варто обирати не за принципом «чим більше, тим краще», а відповідно до необхідної спрямованості.
Приклад: спіральна антена SKY 5.8 на 17 витків
[SKY 5.8 на 17 витків](https://helical.store/product/helix_58170r) має розрахункове підсилення 14 dBi та кут розкриття 25°.
Це модель із вираженою спрямованістю, призначена для радіосистем, де є можливість орієнтувати антену на потрібний напрямок.
На відстані 3 км її геометричний сектор за кутом 25° становить приблизно 1,33 км.
Для інших умов може бути доцільною антена з меншою або більшою кількістю витків.
При цьому потрібно враховувати не лише підсилення та кут розкриття, але й робочу частоту, поляризацію, кабельні втрати та характеристики іншої сторони радіолінії.
Онлайн-калькулятор ширини діаграми спрямованості
Щоб не виконувати розрахунки вручну, можна скористатися онлайн-калькулятором Helical.Store.
Достатньо вказати кут розкриття антени та необхідну відстань.
Калькулятор визначить повну геометричну ширину сектора й покаже відхилення від центрального напрямку в обидва боки.
[Відкрити калькулятор ширини діаграми спрямованості](https://helical.store/calculator/beam-width/)
З його допомогою зручно порівнювати різні антени та оцінювати, який сектор охоплюватиме кожна модель на заданій дистанції.
Водночас потрібно пам'ятати, що реальна якість зв'язку визначається всією радіосистемою, а не лише геометрією діаграми.
Висновок
Підсилення та кут розкриття — дві взаємопов'язані характеристики спрямованої антени.
Високе підсилення дозволяє концентрувати випромінювання у визначеному напрямку, але часто потребує точнішого наведення.
Ширший кут розкриття полегшує роботу у великому секторі, хоча зазвичай супроводжується меншим максимальним підсиленням.
Оптимальний вибір — це баланс між підсиленням, шириною сектора, робочою частотою та реальними умовами використання.
Ознайомитися з моделями різної спрямованості можна в [каталозі спіральних антен Helical.Store](https://helical.store/).