Übersicht. Felder & Komponenten II. Copyright: Pascal Leuchtmann
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- Rosa Junge
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1 Übersicht Antennen aus der Sicht der Speisung Antennen aus der Sicht des Fernfeldes Richtdiagramm und Strahldichte Wirkungsgrad, Richtfaktor, Gewinn, effektive Sendeleistung (ERP) Ersatzschaltung einer Antenne, Strahlungswiderstand Hertz'scher Dipol
2 Antennen Es geht darum, elektromagnetische Energie in den freien Raum zu bringen bzw. von dort einzufangen. Leitung Strahlungsfeld Sender/Empfänger (Elektronik) Antenne Zwei Tore ("ports") Gegen Zuleitung Gegen freien Raum
3 Beschreibung des Antenneneingangs Hinlaufende Welle Anpassglied "matching network" Antenne Rücklaufende Welle Impedanz bzw. Reflexionsfaktor Referenz!!
4 Beschreibung des Fernfeldes Antenne 1. lokal wie radial laufende Ebene Welle nur für 2. Stärke der Strahlung Polarisation
5 Beschreibung des Fernfeldes Seitenkeulen "side lobes" Hauptkeule "main lobe" Antenne Strahlungsdiagramm Richtdiagramm Antennendiagramm Richtcharakteristik Strahlungscharakteristik Empfangscharakteristik "radiation pattern"
6 Beispiel ("double rigded horn antenna")
7 Weiteres zum Richtdiagramm Enthält (meist) keine Information zur Polarisation 3D-Darstellung gibt nur qualitativen Eindruck Darstellung in einzelnen Ebenen: auch kartesische Darstellung! 5 db/div -90
8 kartesische Darstellung Messung FVTD E-Ebene -10 db dB db db Angle θ (degree) Angle θ (degree) Angle θ (degree) Angle θ (degree) 0 H-Ebene -10 db db db Angle θ (degree) Angle θ (degree) Angle θ (degree) Angle θ (degree) 2 GHz 4 GHz 8 GHz 16 GHz
9 Weiteres zum Richtdiagramm Normalerweise bezogen auf 90 Manchmal auch auf Strahldichte db/div Achtung: Nicht Poynting-Vektor! -90
10 Weiteres zum Richtdiagramm (x-db-)keulenbreite ("beam width") 90 gegeben in Grad (2D) oder Steradiant (3D) db/div -90
11 Strahlungsleistung und Wirkungsgrad Anpassglied "matching network" Antenne Antennenwirkungsgrad
12 Richtfaktor D ("directivity") Richtdiagramm eines isotropen Strahlers gleicher Leistung: 90 Richtfaktor: db/div -90
13 Antennen-Gewinn G ("gain") 90 Antennen-Gewinn: db/div -90
14 Antennen-Gewinn: Beispiel 1 Horn mit Spiegel: gemäss Hersteller G = 42 db gemessen: G = 32 db Nur 10% der erwarteten Leistung im Bereich der Hauptkeule!
15 Antennen-Gewinn: Beispiel 2 Undercover-Antenne: Bestehendes System G = 26 db (Draht-Dipol, fast auf der Haut) Prototyp: G = 12 db Ideale Antenne hätte G = 0 db wegen Rundstrahlcharakteristik!
16 Effektive Sendeleistung ("effective radiated power", ERP) Welche Leistung wäre nötig, wenn die tatsächliche Antenne ein Kugelstrahler wäre, der so stark strahlen würde wie die gegebene Antenne in Hauptstrahlrichtung? 90 Juristenfutter bei NISV* db/div -90 *Verordnung über die Nicht ionisierende Strahlung G = 20dB 10 W reale Leistung ergeben 1 kw ERP
17 Ersatzschaltung einer Antenne 1. Ideale Antenne: Strahlungswiderstand
18 Ersatzschaltung einer Antenne 2. Reale Antenne:
19 Ersatzschaltung einer Antenne 2. Reale Antenne: kompliziertere Ersatzschaltungen sind möglich! (z.b. um grösseren Frequenzbereich abzudecken)
20 Antenne beim Empfangen Wie beim Senden! Reziprozität Empfangscharakteristik = Sendecharakteristik Quelle Gewinn G Richtfaktor D
21 Drahtlose Übertragungsstrecke return loss antenna loss transmission loss polarisation loss alignment loss antenna loss Leistungsanpassung wo immer möglich!!
22 Hertz'scher Dipol Berechnung des Feldes explizit und analytisch möglich!
23 (Kapitel 6, Fuk I) Bild aus: Pascal Leuchtmann: "Einführung in die elektromagnetische Feldtheorie", Pearson, 2005.
24 Hertz'scher Dipol 1. Berechnung des Vektorpotentials für alle "fernen" Punkte 2. Berechnung der Felder aus 3. Diskussion des Feldverlaufs 4. Berechnung der Antennenparameter (soweit sinnvoll)
25 Hertz'scher Dipol: Vektorpotential
26 Hertz'scher Dipol: Felder aus Lorentz-Eichung
27 Hertz'scher Dipol: Felder aus
28 Hertz'scher Dipol: Felder aus weitere Komponenten verschwinden!
29 Hertz'scher Dipol: Feldverlauf Dipolmoment
30 Hertz'scher Dipol: Nahfeld Elektrisches Feld dominiert! 90º phasenverschoben "keine" radiale Leistung im Mittel?!
31 Hertz'scher Dipol: Fernfeld Ebene Welle in radialer Richtung!
32 Hertz'scher Dipol: Strahldichte Nur für
33 Hertz'scher Dipol: Strahlungsdiagramm z
34 Hertz'scher Dipol: Abgestrahlte Leistung Abgestrahlte Leistung Richtfaktor ("directivity")
35 Hertz'scher Dipol: Strahlungswiderstand Sehr viel kleiner als die Wellenimpedanz des Raumes!!
36 Hertz'scher Dipol E-Feld: Pfeile H-Feld: Dreiecke
Antennen. Übersicht. Zwei Tore ("ports") Gegen Zuleitung. GegenfreienRaum
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