Charakterystyki promieniowania anten

To wykres pokazujący, jak antena rozprasza promieniowaną moc w zależności od kierunku. Tutaj jest rysowany jako wykres biegunowy, gdzie odległość od środka koduje wzmocnienie względne. Szeroki, okrągły kształt oznacza, że antena promieniuje szeroko, a wąski listek oznacza, że energia jest skupiona w wiązce.

Przełączają one funkcję charakterystyki: izotropowa (idealna kula), dipol półfalowy, monopol nad płaszczyzną masy, pięcioelementowy Yagi, antena mikropaskowa i sterowany szyk fazowany. Każda używa innego równania, więc kształt biegunowy, wzmocnienie i szerokość wiązki zmieniają się natychmiast po wyborze.

Elektronicznie przechyla główną wiązkę bez ruchu jakiegokolwiek sprzętu. Symulacja stosuje narastające przesunięcie fazowe β = −2π·d·sin(kąt) na wszystkich elementach, dzięki czemu czynnik szyku osiąga szczyt w wybranym kierunku. Dokładnie tak nowoczesne radary z szykiem fazowanym i anteny 5G przekierowują swoje wiązki.

HPBW to szerokość wiązki połowy mocy — kątowa szerokość głównego listka mierzona między dwoma punktami, w których moc spada do połowy (−3 dB) wartości szczytowej. Zaznacza ją żółty przerywany łuk. Węższe HPBW wskazuje na bardziej kierunkową antenę o wyższym wzmocnieniu.

Skala liniowa rysuje promień proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z mocy, co uwypukla główny listek. Skala decybelowa jest logarytmiczna (10·log₁₀ ze wzmocnienia, pokazana do −40 dB), co kompresuje zakres dynamiki, dzięki czemu widoczne stają się słabe listki boczne i zera. Inżynierowie antenowi niemal zawsze pracują w dB.

Czynnik szyku to moduł sumy fazorów exp(j·n·(2π·d·cos(θ−90°)+β)) po wszystkich N elementach, znormalizowany przez N². Dobierając narastającą fazę β, przesuwa się szczyt interferencji konstruktywnej w żądany kierunek, a pomnożenie przez charakterystykę elementu daje pełny wynik.

Suwak częstotliwości aktualizuje jedynie wyświetlaną długość fali (λ = 30/f cm) dla kontekstu. Funkcje charakterystyk są wyrażone w jednostkach elektrycznych, takich jak odstępy w długościach fali, więc w tym znormalizowanym widoku są już niezależne od częstotliwości. Prawdziwe anteny zmieniają się wraz z częstotliwością względem ich stałego rozmiaru fizycznego.

Wykorzystują standardowe, wyidealizowane modele analityczne — pole dipola w postaci analitycznej, przybliżenie end-fire dla Yagi, antenę mikropaskową z charakterystyką cos³ oraz rygorystyczny czynnik szyku dla szyku fazowanego. Zakładają 100% sprawności i pomijają sprzężenie wzajemne, straty w zasilaniu oraz efekty gruntu, więc świetnie nadają się do nauki, ale nie zastępują pełnej symulacji elektromagnetycznej.

Dłuższy szyk obejmuje większą aperturę, więc jego czynnik szyku ma ostrzejsze szczyty konstruktywne i głębsze zera. Wraz ze wzrostem liczby elementów główny listek się zwęża, a wzmocnienie rośnie w przybliżeniu proporcjonalnie do N, przy jednoczesnym pojawianiu się większej liczby listków bocznych. Symulacja pokazuje to bezpośrednio podczas przeciągania suwaka liczby elementów.

Dipole i monopole obsługują radio FM i telefony komórkowe, Yagi są powszechne w odbiorze TV i radiu amatorskim, anteny mikropaskowe znajdują się w odbiornikach GPS i urządzeniach Wi-Fi, a szyki fazowane zasilają radary, komunikację satelitarną oraz stacje bazowe 5G z masywnym MIMO, które kierują wiązki do poszczególnych użytkowników.