Antennen-Strahlungsdiagramme

HPBW steht für Half-Power Beam Width — die Winkelbreite der Hauptkeule, gemessen zwischen den beiden Punkten, an denen die Leistung auf die Hälfte (−3 dB) des Maximums abfällt. Der gelbe gestrichelte Bogen markiert sie. Eine schmalere HPBW zeigt eine gerichtetere Antenne mit höherem Gewinn an.

Bei der linearen Skala ist der Radius proportional zur Quadratwurzel der Leistung, wodurch die Hauptkeule betont wird. Die Dezibelskala ist logarithmisch (10·log₁₀ des Gewinns, bis −40 dB), wodurch der Dynamikbereich komprimiert wird, sodass schwache Nebenkeulen und Nullstellen sichtbar werden. Antenneningenieure arbeiten fast immer in dB.

Der Array-Faktor ist der Betrag der Summe der Phasoren exp(j·n·(2π·d·cos(θ−90°)+β)) über alle N Elemente, normiert durch N². Durch die Wahl der fortlaufenden Phase β wird das Maximum der konstruktiven Interferenz auf den gewünschten Winkel verschoben, und die Multiplikation mit einem Elementdiagramm ergibt das vollständige Ergebnis.

Der Frequenzregler aktualisiert nur die angezeigte Wellenlänge (λ = 30/f cm) zur Orientierung. Die Diagrammfunktionen sind in elektrischen Einheiten wie Wellenlängen des Abstands ausgedrückt, sodass sie in dieser normierten Ansicht bereits frequenzunabhängig sind. Reale Antennen ändern sich relativ zu ihrer festen physischen Größe tatsächlich mit der Frequenz.

Sie verwenden standardmäßige idealisierte geschlossene Modelle — das analytische Dipolfeld, eine Endfeuer-Näherung für das Yagi, ein cos³-breitseitiges Patch und einen strengen Array-Faktor für das Phased Array. Sie gehen von 100 % Wirkungsgrad aus und ignorieren gegenseitige Kopplung, Speiseverluste und Bodeneffekte, sodass sie hervorragend zum Lehren geeignet sind, aber keinen Ersatz für eine vollständige elektromagnetische Simulation darstellen.

Ein längeres Array überspannt eine größere Apertur, sodass sein Array-Faktor schärfere konstruktive Maxima und tiefere Nullstellen aufweist. Mit steigender Elementzahl verengt sich die Hauptkeule, und der Gewinn steigt etwa proportional zu N, während mehr Nebenkeulen auftreten. Die Simulation zeigt dies direkt, wenn Sie den Elemente-Regler verschieben.

Dipole und Monopole dienen dem UKW-Radio und Mobiltelefonen, Yagis sind beim TV-Empfang und Amateurfunk verbreitet, Patches stecken in GPS-Empfängern und WLAN-Geräten, und Phased Arrays versorgen Radar, Satellitenkommunikation und 5G-Massive-MIMO-Basisstationen, die Keulen auf einzelne Nutzer richten.