Wie sieht die Strahlung einer Antenne aus?

Nur aus Neugier, suchte ich nach Antenne auf Google - Bildern, und was in der Regel zeigt ist so etwas wie dieses . Also dachte ich wirklich, dass eine Antenne in einem kreisförmigen und gleichen Muster strahlt. Aber als ich die technischen Daten einer Antenne las und Begriffe wie DBI und Polarisation verstand, wurde ich verwirrter. Meine Frage ist also, wie das von einer Antenne ausgehende Signal wirklich aussieht.

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Zum Beispiel, wie können wir diese zeichnen lineare Polarisation innerhalb dieses ?

Dieses Bild:

Ist nur eine Zeichnung, hat es keine Bedeutung. Es repräsentiert in keiner Weise das Abstrahlmuster einer Antenne!

Grundsätzlich strahlen alle Antennen die EM-Wellen in alle Richtungen aus (und empfangen sie). Abhängig vom Design kann es jedoch nicht sehr gut strahlen und in eine bestimmte Richtung empfangen, wohl aber in eine andere Richtung. Das sind die roten Teile in den Strahlungsmustern unten.

Echte Antennenstrahlungsmuster sehen folgendermaßen aus:

Für einen isotropen Strahler in diesem Fall.

Oder dieses für eine Schüsselantenne:

Es gibt so viele Strahlungsmuster wie es Antennentypen gibt.

Antennendesigner verwenden im Allgemeinen einen EM-Simulator, beispielsweise CST , um das Antennenstrahlungsmuster einer bestimmten Antennenstruktur zu berechnen / simulieren.

Wie können wir diese lineare Polarisation im Strahlungsmuster zeichnen?

Diese Strahlungsmuster zeigen nicht die Polarisation. Da die Polarisation normalerweise in Richtung der Länge der Antenne verläuft, hängt dies auch davon ab, wie Sie die Antenne aufstellen. Natürlich ändert sich mit dieser Platzierung auch das Strahlungsmuster.

Das hängt wirklich von der Art der Antenne ab. Google wird dies wahrscheinlich besser mit Bildern beantworten als ich ( "Antennenstrahlungsmuster" von Google ).

Sie werden in Form der Strahlung hauptsächlich 2 Arten von Antennen unterscheiden:

Richtungsabhängig: Sie strahlen den größten Teil ihrer Energie in eine Richtung (vorne), einen Teil in die entgegengesetzte Richtung (hinten) ab und ein kleiner Teil des Signals wird um die Antenne herum verteilt, jedoch mit viel geringerer Stärke. Etwas wie:

^{Quelle: Wikipedia}

Omnidirektional: Obwohl eine ideal omnidirektionale (x, y, z) Antenne unmöglich ist, werden sie nicht als 3, sondern als 2-Achsen-Antenne bezeichnet. Ihr Strahlungsmuster wird als eine Art Ring beschrieben. Ich kann keine weiteren Links posten, aber Sie werden es sehen, wenn Sie Google

Hier ist eine ziemlich vollständige Liste der meisten Antennentypen, wenn Sie interessiert sind: www.antenna-theory.com/m/antennas/main.php

EDIT: Für Ihre Kommentare zur Polarität des Antennensignals schätze ich, dass Ihr Zweifel eher damit zusammenhängt, wie sich die Wellen durch die Luft bewegen, als in welchem ​​Muster sie es tun.

Die Diagramme von @FakeMoustache zeigen die Dichte der Wellen im Raum. Diese EM-Wellen haben eine Polarität, die von der Art der verwendeten Antenne abhängt . Am Ende bedeutet die Polarität, in welcher Ebene sich der Impuls bewegt, entweder X oder Y (also vertikale oder horizontale Polarisation), die durch das E-Feld bestimmt wird, wie im Bild unten gezeigt.

Fragen Sie nach der Form der EM-Wellen? Scheint so.

Die anderen Antworten zeigen dies nicht. Stattdessen zeigen sie die Diagramme der Leistung in Abhängigkeit von der Richtung (das "Strahlungsmuster") oder die Diagramme der Spannung in Abhängigkeit von der Entfernung (die Spannungs-Sinuswelle). "Watt / cm ^ 2" ist jedoch keine Richtung im Raum und das Diagramm der Strahlung Muster zeigt nicht die Form von Wellen. Und Spannung ist keine Richtung, so dass "Polarisationsgraph" keine Transversalwellen darstellt; es zeigt nur die Feldstärke entlang einer schmalen geraden Linie.

Zum Beispiel, wie können wir diese zeichnen lineare Polarisation innerhalb dieses ?

Keines davon zeigt die tatsächlichen EM-Wellen. Die zweite ist eine grafische Darstellung der Ausgangsleistung, nicht der EM-Formen. Das erste ist ein Diagramm der Spannung und des magnetischen Potentials, nicht der Querrichtungen.

Die tatsächlichen EM-Wellen von einer Antenne sind Kugelwellen. Die Stärke verändert die Form der Wellen nicht. Die Kugelwellen enthalten keine sinusförmigen Wackelbewegungen. Wenn sie von einem Turm ausgestrahlt werden, breiten sie sich von der Basis des Turms aus (vom Bodenanschluss) und nicht von der Spitze aus, wie in Popkulturzeichnungen von Funktürmen gezeigt. Die intensivsten Wellen breiten sich horizontal aus. Vertikal ist die Intensität Null.

Hier ist die MIT Open Courseware-Animation von E-Feldlinien und EM-Wellen, die von einer kleinen Dipolantenne in der Mitte kommen. Die EM-Wellen nehmen die Form sich ausdehnender konzentrischer Kugeln an. Beachten Sie, dass in vertikaler Richtung die Wellenintensität Null ist, während sie in horizontaler Richtung maximal ist. In diesem Video würden wir statt eines Dipols für eine Turmantenne eine horizontale Linie zeichnen, um die Erdoberfläche zu zeigen, und dann die Wellen im Erdinneren löschen.

Die obige Animation zeigt nur den E-Feld-Teil der EM-Kugelwellen. Die magnetische Komponente ist auch da: Flusskreise, die bei 90 Grad zum E-Feld-Fluss ausgerichtet sind. So unten:

Hüten Sie sich vor zwei verbreiteten Missverständnissen:

1. EM-Wellen sind Transversalwellen im Äther? Nee.
   Tatsächlich sind EM-Wellen keine Bewegung eines Mediums. Keine "Substanz" wird abgelenkt oder nimmt im leeren Raum eine Sinuswellenform an. Die Flusslinien der EM-Felder ähneln keinen Sinuswellen. Ja, wenn wir die numerischen Werte von E-Feld und B-Feld-Fluss zeichnen, erhalten wir Sinuswellen. "Spannung" und "Magnetismus" sind jedoch keine Richtungen, daher zeigt der Graph keine Polarisation:es zeigt keine Sinuswelle im Raum. Informationen zur Visualisierung der tatsächlichen Form von Transversalflusslinien und polarisierten EM-Wellen finden Sie in der obigen MIT-Animation, wobei die Felder auf 90 Grad in Richtung der Wellenbewegung zeigen. Beachten Sie auch das völlige Fehlen von Sinuswellen in dieser Animation. Die Sinuswellen entstehen nur in der Flussdichte (im Abstand der Flusslinien an verschiedenen Stellen), nicht jedoch als sinusförmige Kurven im leeren Raum.

2. EM-Wellen strahlen von der Spitze eines Sendemasts aus? Falsch.
   Zahlreiche popkulturelle Zeichnungen von Sendemasten zeigen die von der Turmspitze kommenden Radiowellen. Nein, passiert nicht. Die Wellen kommen tatsächlich von der Basis. Nachdenklich erinnere ich mich an den Kampf zwischen Marconi und Tesla, wobei Tesla darauf bestand, dass Radiosendungen von der Basis des Turms kommen und elektrische Ströme in den Boden einfließen. Tesla verlor den Kampf, obwohl er in vielen Aspekten der VLF und der Langwellenausbreitung Recht hatte. Marconi war der Gewinner, darf die Geschichte schreiben, also hat das ganze Zeug über "Wellen von der Turmspitze" vielleicht mit Marconi angefangen? Als fehlgeleiteter Versuch, Teslas korrektere Beschreibung der sich ausbreitenden Wellen zu entlarven?