[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/21\/strahlungsmuster-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/21\/strahlungsmuster-wikipedia\/","headline":"Strahlungsmuster – Wikipedia","name":"Strahlungsmuster – Wikipedia","description":"Dreidimensionale Antennenstrahlungsmuster. 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Der radiale Abstand vom Ursprung in eine beliebige Richtung repr\u00e4sentiert die St\u00e4rke der in diese Richtung emittierten Strahlung.  Die Oberseite zeigt das Richtungsmuster einer Hornantenne, die Unterseite zeigt das omnidirektionale Muster einer einfachen vertikalen Antenne.Im Bereich Antennendesign der Begriff Strahlungsmuster (oder Antennenmuster oder Fernfeldmuster) bezieht sich auf gerichtet (Winkel-) Abh\u00e4ngigkeit der St\u00e4rke der Funkwellen von der Antenne oder einer anderen Quelle.[1][2][3]  Insbesondere in den Bereichen Faseroptik, Laser und integrierte Optik kann der Begriff Strahlungsmuster auch als Synonym f\u00fcr die verwendet werden Nahfeldmuster oder Fresnel-Muster.[4]  Dies bezieht sich auf die positionell Abh\u00e4ngigkeit des elektromagnetischen Feldes im Nahfeld oder im Fresnel-Bereich der Quelle.  Das Nahfeldmuster wird am h\u00e4ufigsten \u00fcber einer Ebene definiert, die vor der Quelle angeordnet ist, oder \u00fcber einer zylindrischen oder sph\u00e4rischen Oberfl\u00e4che, die sie umgibt.[1][4]Das Fernfeldmuster einer Antenne kann experimentell in einem Antennenbereich bestimmt werden, oder alternativ kann das Nahfeldmuster unter Verwendung von a gefunden werden Nahfeldscannerund das daraus durch Berechnung abgeleitete Strahlungsmuster.[1]    Das Fernfeld-Strahlungsmuster kann auch aus der Antennenform durch Computerprogramme wie NEC berechnet werden.  Andere Software wie HFSS kann ebenfalls das Nahfeld berechnen.  Das Fernfeld-Strahlungsmuster kann grafisch als Diagramm einer von mehreren verwandten Variablen dargestellt werden, einschlie\u00dflich:  die Feldst\u00e4rke bei konstantem (gro\u00dfem) Radius (an Amplitudenmuster oder Feldmuster), die Leistung pro Raumwinkeleinheit (Leistungsmuster) und der Richtliniengewinn.  Sehr oft wird nur die relative Amplitude aufgezeichnet, die entweder auf die Amplitude in der Antennenachse oder auf die gesamte abgestrahlte Leistung normiert ist.  Die aufgetragene Gr\u00f6\u00dfe kann auf einer linearen Skala oder in dB angezeigt werden.  Das Diagramm wird normalerweise als dreidimensionales Diagramm (wie rechts) oder als separate Diagramme in der vertikalen und horizontalen Ebene dargestellt.  Dies wird oft als bezeichnet Polardiagramm.Table of ContentsGegenseitigkeit[edit]Typische Muster[edit]Beweis der Gegenseitigkeit[edit]Praktische Konsequenzen[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Gegenseitigkeit[edit]Es ist eine grundlegende Eigenschaft von Antennen, dass die Empfangsmuster (Empfindlichkeit als Funktion der Richtung) einer Antenne, wenn sie zum Empfangen verwendet wird, ist identisch mit dem Fernfeld-Strahlungsmuster der Antenne, wenn sie zum Senden verwendet wird.  Dies ist eine Folge des Reziprozit\u00e4tssatzes der Elektromagnetik und wird im Folgenden bewiesen.  Daher kann bei Antr\u00e4gen auf Strahlungsmuster die Antenne entweder als sendend oder empfangend angesehen werden, je nachdem, was bequemer ist.  Beachten Sie jedoch, dass dies nur f\u00fcr die passiven Antennenelemente gilt.  Aktive Antennen, die Verst\u00e4rker oder andere Komponenten enthalten, sind keine wechselseitigen Ger\u00e4te mehr.Typische Muster[edit]    Typische Darstellung der polaren Strahlung.  Die meisten Antennen zeigen ein Muster von “Lappen” oder Strahlungsmaxima.  In einer hier gezeigten Richtantenne wird die gr\u00f6\u00dfte Keule in der gew\u00fcnschten Ausbreitungsrichtung als “Hauptkeule” bezeichnet.  Die anderen Lappen werden “Nebenkeulen” genannt und repr\u00e4sentieren normalerweise Strahlung in unerw\u00fcnschte Richtungen.Da elektromagnetische Strahlung Dipolstrahlung ist, ist es nicht m\u00f6glich, eine Antenne zu bauen, die in alle Richtungen koh\u00e4rent gleichm\u00e4\u00dfig strahlt, obwohl eine solche hypothetische isotrope Antenne als Referenz zur Berechnung des Antennengewinns verwendet wird.Die einfachsten Antennen, Monopol- und Dipolantennen, bestehen aus einem oder zwei geraden Metallst\u00e4ben entlang einer gemeinsamen Achse.  Diese axialsymmetrischen Antennen haben Strahlungsmuster mit einer \u00e4hnlichen Symmetrie, die als omnidirektionale Muster bezeichnet werden.  Sie strahlen in alle Richtungen senkrecht zur Antenne die gleiche Leistung aus, wobei die Leistung nur mit dem Winkel zur Achse variiert und auf der Antennenachse auf Null abf\u00e4llt.  Dies veranschaulicht das allgemeine Prinzip, dass wenn die Form einer Antenne symmetrisch ist, ihr Strahlungsmuster die gleiche Symmetrie aufweist.Bei den meisten Antennen st\u00f6rt die Strahlung von den verschiedenen Teilen der Antenne in einigen Winkeln.  Das Strahlungsmuster der Antenne kann als Interferenzmuster betrachtet werden.  Dies f\u00fchrt zu einer Strahlung von Null in bestimmten Winkeln, in denen die Funkwellen aus den verschiedenen Teilen phasenverschoben ankommen, und zu lokalen Strahlungsmaxima in anderen Winkeln, in denen die Funkwellen in Phase ankommen.  Daher zeigt das Strahlungsdiagramm der meisten Antennen ein Muster von Maxima, das als “Lappen“in verschiedenen Winkeln, getrennt durch”Nullen“bei dem die Strahlung auf Null geht. Je gr\u00f6\u00dfer die Antenne im Vergleich zu einer Wellenl\u00e4nge ist, desto mehr Keulen gibt es.  Ein rechteckiges Strahlungsdiagramm, eine alternative Darstellungsmethode zu einem Polardiagramm.Bei einer Richtantenne, bei der das Ziel darin besteht, die Funkwellen in einer bestimmten Richtung zu emittieren, ist die Antenne so ausgelegt, dass sie den gr\u00f6\u00dften Teil ihrer Leistung in der in die gew\u00fcnschte Richtung gerichteten Keule ausstrahlt.  Daher erscheint dieser Lappen im Strahlungsdiagramm gr\u00f6\u00dfer als die anderen;  es hei\u00dft das “Hauptlappen“. Die Achse maximaler Strahlung, die durch die Mitte des Hauptlappens verl\u00e4uft, wird als”Strahlachse” oder MittelachseIn einigen Antennen, wie beispielsweise Split-Beam-Antennen, kann es mehr als eine Hauptkeule geben. Die anderen Keulen neben der Hauptkeule, die unerw\u00fcnschte Strahlung in andere Richtungen darstellen, werden Nebenkeulen genannt. Die Nebenkeulen sind in einem Winkel zu ausgerichtet der Hauptlappen hei\u00dft “Nebenkeulen“. Der Nebenlappen in der entgegengesetzten Richtung (180 \u00b0) vom Hauptlappen wird als”Hinterlappen“.Nebenkeulen repr\u00e4sentieren normalerweise Strahlung in unerw\u00fcnschten Richtungen, daher besteht bei Richtantennen ein Entwurfsziel normalerweise darin, die Nebenkeulen zu reduzieren.  Nebenlappen sind normalerweise die gr\u00f6\u00dften der Nebenlappen.  Das Niveau der Nebenkeulen wird \u00fcblicherweise als Verh\u00e4ltnis der Leistungsdichte in der fraglichen Keule zu der der Hauptkeule ausgedr\u00fcckt.  Dieses Verh\u00e4ltnis wird oft als Nebenkeulenverh\u00e4ltnis oder Nebenkeulenpegel bezeichnet.  Nebenkeulenpegel von \u201320 dB oder mehr sind in vielen Anwendungen normalerweise nicht w\u00fcnschenswert.  Das Erreichen eines Nebenkeulenpegels von weniger als \u201330 dB erfordert normalerweise eine sehr sorgf\u00e4ltige Konstruktion und Konstruktion.  In den meisten Radarsystemen sind beispielsweise niedrige Nebenkeulenverh\u00e4ltnisse sehr wichtig, um falsche Zielanzeigen durch die Nebenkeulen zu minimieren.Beweis der Gegenseitigkeit[edit]Einen vollst\u00e4ndigen Beweis finden Sie im Artikel \u00fcber Reziprozit\u00e4t (Elektromagnetismus).  Hier pr\u00e4sentieren wir einen gemeinsamen einfachen Beweis, der auf die Ann\u00e4herung von zwei Antennen beschr\u00e4nkt ist, die im Vergleich zur Gr\u00f6\u00dfe der Antenne in einem homogenen Medium durch einen gro\u00dfen Abstand voneinander getrennt sind.  Die erste Antenne ist die Testantenne, deren Muster untersucht werden sollen;  Diese Antenne kann frei in jede Richtung zeigen.  Die zweite Antenne ist eine Referenzantenne, die starr auf die erste Antenne zeigt.Jede Antenne ist abwechselnd mit einem Sender mit einer bestimmten Quellenimpedanz und einem Empf\u00e4nger mit derselben Eingangsimpedanz verbunden (die Impedanz kann zwischen den beiden Antennen unterschiedlich sein).Es wird angenommen, dass die beiden Antennen so weit voneinander entfernt sind, dass die Eigenschaften der Sendeantenne nicht durch die von der Empfangsantenne auf sie ausge\u00fcbte Last beeinflusst werden.  Folglich kann die vom Sender zum Empf\u00e4nger \u00fcbertragene Leistungsmenge als Produkt zweier unabh\u00e4ngiger Faktoren ausgedr\u00fcckt werden;  eine abh\u00e4ngig von den Richtungseigenschaften der Sendeantenne und die andere abh\u00e4ngig von den Richtungseigenschaften der Empfangsantenne.F\u00fcr die Sendeantenne gilt nach der Definition der Verst\u00e4rkung G{ displaystyle G}die Strahlungsleistungsdichte in einiger Entfernung r{ displaystyle r}  von der Antenne (dh der Strom, der durch den Ger\u00e4tebereich flie\u00dft) istW.((\u03b8,\u03a6)=G((\u03b8,\u03a6)4\u03c0r2P.t{ displaystyle  mathrm {W} ( theta,  Phi) = { frac { mathrm {G} ( theta,  Phi)} {4  pi r ^ {2}}} P_ {t}}.Hier die Winkel \u03b8{ displaystyle  theta}  und \u03a6{ displaystyle  Phi}  eine Richtungsabh\u00e4ngigkeit von der Antenne anzeigen und P.t{ displaystyle P_ {t}}  steht f\u00fcr die Leistung, die der Sender in eine angepasste Last liefern w\u00fcrde.  Der Gewinn G{ displaystyle G}  kann in drei Faktoren unterteilt werden;  der Antennengewinn (die gerichtete Umverteilung der Leistung), die Strahlungseffizienz (unter Ber\u00fccksichtigung der ohmschen Verluste in der Antenne) und schlie\u00dflich der Verlust aufgrund einer Nicht\u00fcbereinstimmung zwischen Antenne und Sender.  Um die Nicht\u00fcbereinstimmung einzuschlie\u00dfen, sollte sie streng genommen als bezeichnet werden realisierter Gewinn,[4]  Dies ist jedoch keine \u00fcbliche Verwendung.F\u00fcr die Empfangsantenne betr\u00e4gt die an den Empf\u00e4nger gelieferte LeistungP.r=EIN((\u03b8,\u03a6)W.{ displaystyle P_ {r} =  mathrm {A} ( theta,  Phi) W ,}.Hier W.{ displaystyle W}  ist die Leistungsdichte der einfallenden Strahlung und EIN{ displaystyle A}  ist die Antennenapertur oder der effektive Bereich der Antenne (der Bereich, den die Antenne einnehmen m\u00fcsste, um die beobachtete erfasste Leistung abzufangen).  Die Richtungsargumente beziehen sich jetzt und wieder auf die Empfangsantenne EIN{ displaystyle A}  wird angenommen, um ohmsche Verluste und Fehlanpassungsverluste einzuschlie\u00dfen.Wenn diese Ausdr\u00fccke zusammengef\u00fcgt werden, betr\u00e4gt die vom Sender zum Empf\u00e4nger \u00fcbertragene LeistungP.r=EING4\u03c0r2P.t{ displaystyle P_ {r} = A { frac {G} {4  pi r ^ {2}}} P_ {t}},wo G{ displaystyle G}  und EIN{ displaystyle A}  sind richtungsabh\u00e4ngige Eigenschaften der Sende- bzw. Empfangsantenne.  Zur \u00dcbertragung von der Referenzantenne (2) zur Pr\u00fcfantenne (1)P.1r=EIN1((\u03b8,\u03a6)G24\u03c0r2P.2t{ displaystyle P_ {1r} =  mathrm {A_ {1}} ( theta,  Phi) { frac {G_ {2}} {4  pi r ^ {2}}} P_ {2t}},und zur \u00dcbertragung in die entgegengesetzte RichtungP.2r=EIN2G1((\u03b8,\u03a6)4\u03c0r2P.1t{ displaystyle P_ {2r} = A_ {2} { frac { mathrm {G_ {1}} ( theta,  Phi)} {4  pi r ^ {2}}} P_ {1t}}.Hier der Gewinn G2{ displaystyle G_ {2}}  und effektive Fl\u00e4che EIN2{ displaystyle A_ {2}}  der Antenne 2 sind fest, da die Ausrichtung dieser Antenne in Bezug auf die erste fest ist.F\u00fcr eine gegebene Anordnung der Antennen erfordert der Reziprozit\u00e4tssatz nun, dass die Leistungs\u00fcbertragung in jeder Richtung gleich wirksam ist, d. H.P.1rP.2t=P.2rP.1t{ displaystyle { frac {P_ {1r}} {P_ {2t}}} = { frac {P_ {2r}} {P_ {1t}}},woherEIN1((\u03b8,\u03a6)G1((\u03b8,\u03a6)=EIN2G2{ displaystyle { frac { mathrm {A_ {1}} ( theta,  Phi)} { mathrm {G_ {1}} ( theta,  Phi)}} = { frac {A_ {2} } {G_ {2}}}}.Die rechte Seite dieser Gleichung ist jedoch fest (weil die Ausrichtung der Antenne 2 fest ist) und so weiterEIN1((\u03b8,\u03a6)G1((\u03b8,\u03a6)=c\u00d6nsteinnt{ displaystyle { frac { mathrm {A_ {1}} ( theta,  Phi)} { mathrm {G_ {1}} ( theta,  Phi)}} =  mathrm {Konstante}},dh die Richtungsabh\u00e4ngigkeit der (empfangenden) effektiven Apertur und der (sendenden) Verst\u00e4rkung sind identisch (QED).  Dar\u00fcber hinaus ist die Proportionalit\u00e4tskonstante unabh\u00e4ngig von der Art der Antenne gleich und muss daher f\u00fcr alle Antennen gleich sein.  Die Analyse einer bestimmten Antenne (wie eines Hertzschen Dipols) zeigt, dass diese Konstante ist \u03bb24\u03c0{ displaystyle { frac { lambda ^ {2}} {4  pi}}}, wo \u03bb{ displaystyle  lambda}  ist die Freiraumwellenl\u00e4nge.  Daher h\u00e4ngen f\u00fcr jede Antenne die Verst\u00e4rkung und die effektive Apertur durch zusammenEIN((\u03b8,\u03a6)=\u03bb2G((\u03b8,\u03a6)4\u03c0{ displaystyle  mathrm {A} ( theta,  Phi) = { frac { lambda ^ {2}  mathrm {G} ( theta,  Phi)} {4  pi}}}.Selbst f\u00fcr eine Empfangsantenne ist es \u00fcblicher, die Verst\u00e4rkung anzugeben, als die effektive Apertur anzugeben.  Die an den Empf\u00e4nger gelieferte Leistung wird daher \u00fcblicherweise als geschriebenP.r=\u03bb2GrGt((4\u03c0r)2P.t{ displaystyle P_ {r} = { frac { lambda ^ {2} G_ {r} G_ {t}} {(4  pi r) ^ {2}}} P_ {t}}(siehe Linkbudget).  Die effektive Apertur ist jedoch f\u00fcr den Vergleich mit der tats\u00e4chlichen physikalischen Gr\u00f6\u00dfe der Antenne von Interesse.Praktische Konsequenzen[edit]Bei der Bestimmung des Musters einer Empfangsantenne durch Computersimulation ist es nicht erforderlich, f\u00fcr jeden m\u00f6glichen Einfallswinkel eine Berechnung durchzuf\u00fchren.  Stattdessen wird das Strahlungsmuster der Antenne durch eine einzelne Simulation bestimmt und das Empfangsmuster durch Reziprozit\u00e4t abgeleitet.Bei der Bestimmung des Musters einer Antenne durch Messung kann die Antenne entweder empfangen oder senden, je nachdem, was zweckm\u00e4\u00dfiger ist.F\u00fcr eine praktische Antenne sollte der Nebenkeulenpegel minimal sein, es ist erforderlich, die maximale Richtwirkung zu haben.[5]Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ ein b c Constantine A. Balanis: “Antennentheorie, Analyse und Design”, John Wiley & Sons, Inc., 2. Aufl.  1982 ISBN 0-471-59268-4^ David K \u200b\u200bCheng: “Feld- und Wellenelektromagnetik”, Addison-Wesley Publishing Company Inc., Ausgabe 2, 1998. ISBN 0-201-52820-7^ Edward C. Jordan und Keith G. Balmain;  “Elektromagnetische Wellen und Strahlungssysteme” (2. Aufl. 1968) Prentice-Hall. ISBN 81-203-0054-8^ ein b c Institut f\u00fcr Elektro- und Elektronikingenieure, \u201eDas IEEE-Standardw\u00f6rterbuch f\u00fcr elektrische und elektronische Begriffe\u201c;  6. Aufl.  New York, NY, Institut f\u00fcr Elektro- und Elektronikingenieure, c1997.  IEEE Std 100-1996. ISBN 1-55937-833-6 [ed. Standards Coordinating Committee 10, Terms and Definitions; Jane Radatz, (chair)]^ Singh, Urvinder;  Salgotra, Rohit (20. Juli 2016).  “Synthese eines linearen Antennenarrays unter Verwendung eines Bl\u00fctenbest\u00e4ubungsalgorithmus”. Neuronales Rechnen und Anwendungen. 29 (2): 435\u2013445.  doi:10.1007 \/ s00521-016-2457-7. Dieser Artikel enth\u00e4lt gemeinfreies Material aus dem Dokument zur Verwaltung allgemeiner Dienste: “Federal Standard 1037C”.  (zur Unterst\u00fctzung von MIL-STD-188)Externe Links[edit]"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/21\/strahlungsmuster-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Strahlungsmuster – Wikipedia"}}]}]