Диполь · Ягі · Патч · Фазована решітка · Полярна діаграма · дБі
Теоретичний еталон; ефективність 100%
Діаграма спрямованості антени описує, як вона розподіляє потужність, що передається, у всіх напрямках. Діаграма зображується у полярних координатах, де радіус = відносне підсилення (в дБ або в лінійному масштабі). Ізотропна антена (теоретична) випромінює однаково в усіх напрямках. Напівхвильовий диполь концентрує випромінювання в тороїді, перпендикулярному до осі. Антена Ягі-Уда додає паразитні директори та рефлектори, що створюють вузькоспрямовану пелюстку. Фазовані решітки електронно керують пелюсткою, застосовуючи послідовні фазові зсуви до кожного елемента — через конструктивну та деструктивну інтерференцію.
Натисніть кнопки типів антен для перемикання діаграм. Для фазованої решітки перетягніть слайдер кута наведення, щоб електронно повернути головну пелюстку без механічного переміщення. Перемикайтесь між лінійним і дБ масштабом — режим дБ чітко показує рівні бічних пелюсток. Анотація ШГПП (ширина головної пелюстки за половинною потужністю) відображає кутову ширину за рівнем −3 дБ. Зверніть увагу: збільшення кількості елементів решітки звужує пелюстку й підвищує підсилення.
Сучасні базові станції 5G використовують масивні MIMO-фазовані решітки з 64–256 антенними елементами, наводячи пелюстки на окремих користувачів тисячі разів на секунду. Найбільший у світі фазований радар (HAARP на Алясці) використовує 180 схрещених дипольних антен для вивчення іоносфери. Параболічні антени-тарілки досягають підсилення 30–50 дБі завдяки фокусуванню енергії в надзвичайно вузьку пелюстку — іноді менше 0,5°.
Ця симуляція будує діаграму спрямованості антени в полярних координатах, де радіус відповідає відносному підсиленню. Вона обчислює лінійну функцію діаграми для кожного типу антени на 360 кутових кроках, нормалізує її до пікового значення та відображає або в логарифмічному масштабі децибел (до −40 дБ), або в лінійному масштабі. Напівхвильовий диполь використовує класичне поле cos²(π/2·cosθ)/sin²θ, тоді як фазована решітка підсумовує комплексний множник решітки по своїх елементах.
Ви можете перемикатися між ізотропним, дипольним, монопольним, Ягі, патч та фазованим-решітковим типами. Для фазованої решітки слайдери задають кут наведення (від −60° до +60°), відстань між елементами (від 0,25λ до 1,0λ) та кількість елементів (від 2 до 16). Перемикачі відображення керують сіткою, мітками децибел, анотацією ширини головної пелюстки за половинною потужністю та масштабом дБ/лінійним. Такі діаграми є ключовими для проєктування радарів, базових станцій 5G, супутникових ліній зв’язку та зон мовлення.
Що таке діаграма спрямованості антени?
Це графік того, як антена розподіляє випромінювану потужність за напрямками. Тут вона зображується як полярна діаграма, де відстань від центру кодує відносне підсилення. Широка, округла форма означає, що антена випромінює широко, тоді як вузька пелюстка означає, що енергія сконцентрована в промінь.
Що роблять шість кнопок типів антен?
Вони перемикають базову функцію діаграми: ізотропна (ідеальна сфера), напівхвильовий диполь, монополь над площиною заземлення, п’ятиелементна Ягі, мікросмужковий патч та керована фазована решітка. Кожна використовує своє рівняння, тож полярна форма, підсилення та ширина пелюстки змінюються одразу, щойно ви оберете одну з них.
Що робить слайдер кута наведення для фазованої решітки?
Він електронно нахиляє головну пелюстку без механічного переміщення обладнання. Симуляція застосовує послідовний фазовий зсув β = −2π·d·sin(наведення) по елементах, тож множник решітки досягає піку в обраному напрямку. Саме так сучасні фазовані радари та антени 5G перенаправляють свої пелюстки.
ШГПП означає ширину головної пелюстки за половинною потужністю — кутову ширину головної пелюстки, виміряну між двома точками, де потужність падає до половини (−3 дБ) від піку. Жовта пунктирна дуга позначає її. Вужча ШГПП вказує на більш спрямовану антену з вищим підсиленням.
Лінійний масштаб будує радіус пропорційно квадратному кореню з потужності, що підкреслює головну пелюстку. Масштаб децибел є логарифмічним (10·log₁₀ від підсилення, показаний до −40 дБ), що стискає динамічний діапазон, тож слабкі бічні пелюстки та нулі стають видимими. Інженери-антенники майже завжди працюють у дБ.
Множник решітки — це модуль суми фазорів exp(j·n·(2π·d·cos(θ−90°)+β)) по всіх N елементах, нормований на N². Обираючи послідовну фазу β, пік конструктивної інтерференції зміщують до бажаного кута, а множення на діаграму елемента дає повний результат.
Слайдер частоти лише оновлює відображувану довжину хвилі (λ = 30/f см) для контексту. Функції діаграми виражені в електричних одиницях, таких як довжини хвиль відстані, тож у цьому нормованому вигляді вони вже незалежні від частоти. Реальні антени дійсно змінюються з частотою відносно своїх фіксованих фізичних розмірів.
Вони використовують стандартні ідеалізовані аналітичні моделі — аналітичне поле диполя, наближення кінцевого випромінювання для Ягі, патч cos³ із боковим випромінюванням та строгий множник решітки для фазованої решітки. Вони припускають 100% ефективність та ігнорують взаємний зв’язок, втрати в живленні та вплив землі, тож чудово підходять для навчання, але не замінюють повноцінну електромагнітну симуляцію.
Довша решітка охоплює більшу апертуру, тож її множник решітки має гостріші конструктивні піки та глибші нулі. Зі зростанням кількості елементів головна пелюстка звужується, а підсилення зростає приблизно пропорційно N, водночас з’являється більше бічних пелюсток. Симуляція показує це безпосередньо, коли ви перетягуєте слайдер елементів.
Диполі та монополі служать для FM-радіо та мобільних телефонів, антени Ягі поширені для прийому ТБ та аматорського радіо, патчі стоять у GPS-приймачах та Wi-Fi-пристроях, а фазовані решітки живлять радари, супутниковий зв’язок та базові станції 5G massive-MIMO, що наводять пелюстки на окремих користувачів.