Im Feld des Antenne-Designs beziehen sich das Begriff-Strahlenmuster (oder Antenne-Muster oder Fernbereich-Muster) auf die gerichtete (winkelige) Abhängigkeit der Kraft der Funkwellen von der Antenne oder anderen Quelle.

Besonders in den Feldern der Faser-Optik, Laser und integrierten Optik, kann das Begriff-Strahlenmuster oder Nah-Feldstrahlenmuster, auch als ein Synonym für das Nah-Feldmuster oder Muster von Fresnel verwendet werden. Das bezieht sich auf die Stellungsabhängigkeit des elektromagnetischen Feldes im nahen Feld oder Gebiet von Fresnel der Quelle. Das Nah-Feldmuster wird meistens über ein Flugzeug definiert, das vor der Quelle, oder über eine zylindrische oder kugelförmige Oberfläche gelegt ist, die es einschließt.

Das Fernbereich-Muster einer Antenne kann experimentell an einer Antenne-Reihe, oder wechselweise bestimmt werden, das Nah-Feldmuster kann mit einem Nah-Feldscanner und dem Strahlenmuster gefunden werden, das daraus durch die Berechnung abgeleitet ist. Das Fernbereich-Strahlenmuster kann auch von der Antenne-Gestalt durch Computerprogramme wie NEC berechnet werden. Andere Software, wie HFSS kann auch fast Feld rechnen.

Das weite Feldstrahlenmuster kann grafisch als ein Anschlag von einer mehrerer zusammenhängender Variablen, einschließlich vertreten werden; die Feldkraft an einem unveränderlichen (großen) Radius (ein Umfang-Muster oder Feldmuster), die Macht pro Einheitsraumwinkel (Macht-Muster) und der lenkende Gewinn. Sehr häufig wird nur der Verhältnisumfang, normalisierte entweder zum Umfang auf der Antenne-Mittelachse, oder zur ausgestrahlten Gesamtmacht geplant. Die geplante Menge kann auf einer geradlinigen Skala, oder im DB gezeigt werden. Der Anschlag wird normalerweise als ein dreidimensionaler Graph (als am Recht), oder als getrennte Graphen im vertikalen Flugzeug und der Horizontalebene vertreten. Das ist häufig als ein polares Diagramm bekannt.

Reziprozität

Es ist ein grundsätzliches Eigentum von Antennen, dass das Empfang-Muster (Empfindlichkeit als eine Funktion der Richtung) einer Antenne, wenn verwendet, für den Empfang zum Fernbereich-Strahlenmuster der Antenne, wenn verwendet, für das Übertragen identisch ist. Das ist eine Folge des Reziprozitätslehrsatzes von electromagnetics und wird unten bewiesen. Deshalb in Diskussionen von Strahlenmustern kann die Antenne entweder als das Übertragen oder als der Empfang angesehen werden, welch auch immer günstiger ist.

Typische Muster

Da elektromagnetische Radiation Dipolradiation ist, ist es nicht möglich, eine Antenne zu bauen, die ebenso in allen Richtungen ausstrahlt, obwohl solch eine hypothetische isotropische Antenne als eine Verweisung verwendet wird, um Antenne-Gewinn zu berechnen. Die einfachsten Antennen, Monopol und Dipolantennen, bestehen aus einer oder zwei folgenden Metallstangen entlang einer allgemeinen Achse. Diese axial symmetrischen Antennen haben Strahlenmuster mit einer ähnlichen Symmetrie, genannt Allrichtungsmuster; sie strahlen gleiche Macht in der ganzen Richtungssenkrechte zur Antenne mit der Macht aus, die sich nur mit dem Winkel zur Achse ändert, zur Null auf der Achse der Antenne abfallend. Das illustriert den allgemeinen Grundsatz, dass, wenn die Gestalt einer Antenne symmetrisch ist, sein Strahlenmuster dieselbe Symmetrie haben wird.

In den meisten Antennen mischt sich die Radiation von den verschiedenen Teilen der Antenne in einigen Winkeln ein. Das läuft auf Nullradiation in bestimmten Winkeln hinaus, wohin die Funkwellen von den verschiedenen Teilen gegenphasig, und Maxima der Radiation in anderen Winkeln ankommen, wohin die Funkwellen in die Phase ankommen. Deshalb zeigt der Strahlenanschlag von den meisten Antennen ein Muster von Maxima oder "Lappen" in verschiedenen Winkeln, die durch "die Null" getrennt sind, an der die Radiation zur Null geht. Je größer die Antenne im Vergleich zu einer Wellenlänge, desto mehr Lappen ist, dort wird sein. In einer lenkenden Antenne, in der das Ziel ist, die Funkwellen in einer besonderer Richtung zu leiten, ist der Lappen in dieser Richtung größer als andere; das wird den "Hauptlappen" genannt. Die Achse der maximalen Radiation, das Zentrum des Hauptlappens durchführend, wird die "Balken-Achse" oder Mittelachse-Achse" genannt. Die anderen Lappen, unerwünschte Radiation in anderen Richtungen vertretend, werden "Seitenlappen" genannt. Der Seitenlappen in der entgegengesetzten Richtung (180 °) vom Hauptlappen wird "zurück Lappen" genannt

Beweis der Reziprozität

Für einen ganzen Beweis, sieh die Reziprozität (Elektromagnetismus) Artikel. Hier präsentieren wir einen allgemeinen einfachen Beweis, der auf die Annäherung von zwei Antennen beschränkt ist, die durch eine große Entfernung im Vergleich zur Größe der Antenne in einem homogenen Medium getrennt sind. Die erste Antenne ist die Testantenne, deren Muster untersucht werden sollen; diese Antenne ist frei, in jeder Richtung hinzuweisen. Die zweite Antenne ist eine Bezugsantenne, die starr auf die erste Antenne hinweist.

Jede Antenne wird mit einem Sender abwechselnd verbunden, der einen besonderen Quellscheinwiderstand hat, und ein Empfänger, der dasselbe Scheinwiderstand eingibt (kann sich der Scheinwiderstand zwischen den zwei Antennen unterscheiden).

Es wird angenommen, dass die zwei Antennen einzeln genug weit sind, dass die Eigenschaften der Sendeantenne durch die Last nicht betroffen werden, die darauf durch die Empfang-Antenne gelegt ist. Folglich kann der Betrag der Macht, die vom Sender bis den Empfänger übertragen ist, als das Produkt von zwei unabhängigen Faktoren ausgedrückt werden; ein abhängig von den Richtungseigenschaften der Sendeantenne und des anderen abhängig von den Richtungseigenschaften der Empfang-Antenne.

Für die Sendeantenne, durch die Definition des Gewinns, ist die Strahlenmacht-Dichte in einer Entfernung von der Antenne (d. h. die Macht, die Einheitsgebiet durchführt)

:.

Hier zeigen die Argumente und eine Abhängigkeit von der Richtung von der Antenne an, und tritt für die Macht ein, die der Sender in eine verglichene Last liefern würde. Der Gewinn kann unten in drei Faktoren zerbrochen werden; der Antenne-Gewinn (die Richtungsneuverteilung der Macht), die Strahlenleistungsfähigkeit (ohmic Verluste in der Antenne dafür verantwortlich seiend), und letzt der Verlust, der erwartet ist, zwischen der Antenne und dem Sender falsch anzupassen. Ausschließlich, um die Fehlanpassung einzuschließen, sollte es den begriffenen Gewinn genannt werden, aber das ist nicht allgemeiner Gebrauch.

Für die Empfang-Antenne ist die an den Empfänger gelieferte Macht

:.

Hier ist die Macht-Dichte der Ereignis-Radiation, und ist die Antenne-Öffnung oder das wirksame Gebiet der Antenne (das Gebiet, das die Antenne würde besetzen müssen, um die beobachtete gewonnene Macht abzufangen). Die Richtungsargumente sind jetzt hinsichtlich der Empfang-Antenne, und wird wieder genommen, um ohmic und Fehlanpassungsverluste einzuschließen.

Diese Ausdrücke zusammenstellend, ist die Macht, die vom Sender bis Empfänger übertragen ist

:

wo und gerichtet abhängige Eigenschaften des Übertragens und Empfangs von Antennen beziehungsweise sind. Für die Übertragung von der Verweisung

Antenne (2), zur Testantenne (1), der ist

:

und für die Übertragung in der entgegengesetzten Richtung

:.

Hier werden der Gewinn und das wirksame Gebiet der Antenne 2 befestigt, weil die Orientierung dieser Antenne in Bezug auf das erste befestigt wird.

Jetzt für eine gegebene Verfügung der Antennen verlangt der Reziprozitätslehrsatz, dass die Macht-Übertragung in jeder Richtung ebenso wirksam ist, d. h.

:

woher

:.

Aber die rechte Seite dieser Gleichung wird befestigt (weil die Orientierung der Antenne 2 befestigt wird), und so

:

d. h. die Richtungsabhängigkeit der (erhaltenden) wirksamen Öffnung und (das Übertragen) Gewinn ist (QED) identisch. Außerdem ist die Konstante der Proportionalität dasselbe ohne Rücksicht auf die Natur der Antenne, und muss so dasselbe für alle Antennen sein. Die Analyse einer besonderen Antenne (wie ein Dipol von Hertzian), Shows, dass diese Konstante ist, wo die Frei-Raumwellenlänge ist. Folglich für jede Antenne sind der Gewinn und die wirksame Öffnung durch verbunden

:.

Sogar für eine Empfang-Antenne ist es üblicher, den Gewinn festzusetzen, als, die wirksame Öffnung anzugeben. Die an den Empfänger gelieferte Macht wird deshalb mehr gewöhnlich als geschrieben

:

(sieh Verbindungsbudget). Die wirksame Öffnung ist jedoch zum Vergleich mit der wirklichen physischen Größe der Antenne von Interesse.

Praktische Folgen

Wenn

• man das Muster einer Empfang-Antenne durch die Computersimulation bestimmt, ist es nicht notwendig, eine Berechnung für jeden möglichen Einfallswinkel durchzuführen. Statt dessen wird das Strahlenmuster der Antenne durch eine einzelne Simulation und das durch die Reziprozität abgeleitete Empfang-Muster bestimmt.

Wenn

• sie das Muster einer Antenne durch das Maß bestimmt, kann die Antenne entweder erhalten oder übersenden, welch auch immer günstiger ist.

Links

• Das Verstehen und das Verwenden von Antenne-Strahlenmustern durch Joseph H. Reisert