Коэффицие́нт напра́вленного де́йствия (КНД) антенны — отношение квадрата напряженности поля, создаваемой антенной в данном направлении, к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям^[1].

КНД является безразмерной величиной, может выражаться в децибелах (дБ, дБи, дБд). Для обозначения КНД используют латинскую букву D (от англ. Directivity).

Обычно оперируют значением КНД D₀ в направлении максимума излучения антенны. При этом КНД становится мерой способности антенны концентрировать энергию электромагнитного излучения в узком луче. Согласно определению, КНД однозначно связан с формой диаграммы направленности (ДН) антенны (более строго — с формой характеристики направленности антенны).

Следует различать КНД и коэффициент усиления (КУ) антенны: КНД целиком и полностью определяется формой ДН антенны и не учитывает КПД антенны, то есть не учитывает потерю энергии в элементах конструкции антенны и объектах, расположенных в ближней зоне антенны.

В зависимости от конструкции антенны и рабочей длины волны значение КНД в направлении максимума излучения может составлять от единиц до миллионов. Чем у́же главный лепесток ДН и меньше уровень боковых лепестков, тем больше КНД.

Физический смысл

КНД (D) есть отношение вектора Пойнтинга П, создаваемого антенной в данном направлении, к значению вектора Пойнтинга эталонной антенны П_эт в этом же направлении при одинаковых расстояниях (r) до рассматриваемой точки и равных излучаемых мощностях .

или КНД — это число, показывающее во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения P_Σ при переходе от данной антенны к эталонной, чтобы сохранить неизменной напряженность поля в точке приема. В качестве эталонной антенны используют воображаемый абсолютно ненаправленный (изотропный) излучатель, диполь Герца, полуволновый вибратор, рупорную антенну и т. д.

За основу в измерениях антенн обычно берётся точка. Её усиление принимается за 0 дБм. Но радиоинженеры гораздо чаще на практике используют полуволновой вибратор ( коэффициент усиления 3 дБм), хотя бы потому, что он часто используется как настоящая антенна. На поверхности Земли (в отличие от космоса) радиоволны требуется передавать и принимать в направлении горизонта. Т.е. излучение вверх (в небо) и вниз (в землю) не требуется и даже вредно (бессмысленная трата мощности передатчика). Поэтому антенны обычно имеют диаграмму направленности, ограниченные в горизонтальной плоскости, либо ещё более ограниченные - в пределах узкого луча. Уже простейшая антенна полуволновой диполь почти не излучает вверх и вниз, а отдаёт энергию во все стороны горизонта. Например точка излучает 180 градусов в вертикальной плоскости и 360 градусов в горизонтальной (т.е. полная сфера - равномерно во все стороны). А диполь уже имеет ограничение по уровню сигнала (в 2 раза - 3 дБ) вертикальном угле в 110 градусов и те же 360 в горизонтальной плоскости. Концентрация энергии в горизонтальной плоскости и даёт усиление этой антенны. Для всех остальных антенн, коэффициент усиления (КУ) в справочниках очень часто приводится относительно именно диполя, а не теоретической точки.

Гораздо более сложная антенна - волновой канал - в вертикальной плоскости излучает уже совсем немного - угол полностью зависит от кол-ва элементов этой антенны и её настройки. На практике обычно применяются 3-х элементные и до 7-ми элементных антенн. Бывают и больше.

Чем больше элементов, тем Уже КНД антенны. В вертикальной плоскости от 90 градусов и до 30. В горизонтальной плоскости от 110 и до 20-30 градусов. Для 7-ми элементной антенны КУ достигает 10 дБ относительно диполя. Т.е. 10-ти кратное увеличение излучаемой энергии, что в дальности даёт выигрыш в 3,16 раза.

Примечания