À quoi ressemble le rayonnement d'une antenne?

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Juste par curiosité, j'ai cherché une antenne sur Google Images, et ce qui montre généralement quelque chose comme ça . J'ai donc vraiment pensé qu'une antenne rayonne selon un motif circulaire et égal. Mais en lisant les spécifications d'une antenne et en comprenant des termes comme DBI et Polarisation, je suis devenu plus confus. Ma question est donc de savoir à quoi ressemble vraiment le signal rayonnant d'une antenne?

Mise à jour

Par exemple, comment pouvons-nous dessiner cette polarisation linéaire à l' intérieur de cela ?

Noir
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1
Je pense que c'est une question parfaitement valable. Le débat pourrait être de savoir si c'est une vague ou non. Mon opinion personnelle est que l'antenne émet des particules à un certain taux dans une certaine direction. Une visualisation est aussi bonne que la suivante, mais la vérité est que nous ne pouvons pas voir comment elle est vraiment, nous ne pouvons que proposer des abstractions.
crowie
Peut vouloir jouer avec falstad.com/antenna .
JimmyB
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Il ressemble à de la lumière, mais en plus grand.
Pour référence future, essayez de ne pas tirer de conclusions scientifiques à partir des icônes de l'interface utilisateur. :)
Courses de légèreté avec Monica

Réponses:

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Cette image:

entrez la description de l'image ici

C'est juste un dessin, ça n'a pas de sens. Il ne représente en aucun cas le diagramme de rayonnement d'une antenne!

Fondamentalement, toutes les antennes rayonnent (et reçoivent) les ondes EM dans toutes les directions. Cependant, selon la conception, il peut ne pas rayonner et recevoir très bien dans une certaine direction, mais il peut très bien le faire dans une autre direction. Ce sont les parties rouges dans les diagrammes de rayonnement ci-dessous.

Les diagrammes de rayonnement de l'antenne réelle ressemblent à ceci: entrez la description de l'image ici

Pour un radiateur isotrope dans ce cas.

Ou celui-ci pour une antenne parabolique: entrez la description de l'image ici

Il existe autant de diagrammes de rayonnement qu'il y a de types d'antennes.

Les concepteurs d'antennes utilisent généralement un simulateur EM, par exemple CST , pour calculer / simuler le diagramme de rayonnement d'antenne d'une certaine structure d'antenne.

Comment dessiner cette polarisation linéaire dans le diagramme de rayonnement?

Ces diagrammes de rayonnement ne montrent pas la polarisation. Étant donné que la polarisation est généralement dans le sens de la longueur de l'antenne, cela dépend également de la façon dont vous placez l'antenne. Bien sûr, le diagramme de rayonnement change également avec ce placement.

Bimpelrekkie
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Merci @FakeMoustache pour une réponse rapide, mais l'image n'est que ma première vue sur l'antenne, ce que je ne comprends pas, c'est comment ces ondes sinusoïdales se déplacent sur le lobe en fonction de la dernière photo que vous avez publiée où se trouvent ces trucs de polarisation .?
Black
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La dernière image est le modèle d'une antenne parabolique comme asia.ru/images/target/photo/51336884/ Satellite_Dish_Antenna.jpg L'antenne réelle se trouve à l'extrémité de ce bâton et envoie les ondes au disque, qui les reflète dans une direction d'où le lobe. Toutes les vagues sont guidées / réfléchies dans cette direction, donc elles s'additionnent.
Bimpelrekkie
La polarisation est définie par la façon dont vous placez l'antenne comme horizontal ou vertical. La diagonale est également possible, mais elle n'est en réalité que de 50% horizontale et 50% verticale. Vous ne voyez pas la polarisation dans ces diagrammes de rayonnement. La polarisation concerne donc davantage la façon dont vous placez l'antenne (horizontale ou verticale). Il y a aussi une polarisation rotative, en utilisant une antenne Helix en forme de tire-bouchon: reliantemc.com/images/product%20images/schwarzbeck/…
Bimpelrekkie
@FakeMoustache Il pourrait être bon de souligner que le même principe fonctionne pour la lumière (car ce n'est qu'une autre forme de rayonnement EM, après tout). en.wikipedia.org/wiki/Parabolic_reflector
JAB
@ user7040804 La façon dont les ondes sinusoïdales se déplacent sur le lobe est en quelque sorte représentée par la première image, que cette réponse affirme «n'a pas de sens».
Kaz
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Cela dépend vraiment du type d'antenne. Google y répondra probablement mieux que moi avec des images ( Google "diagramme de rayonnement d'antenne" ).

Vous distinguerez en forme de rayonnement principalement 2 types d'antennes:

Directionnel: Ils rayonnent la majeure partie de son énergie dans une direction (avant), une partie dans la direction opposée (arrière) et une petite partie du signal est dispersée autour de l'antenne mais avec beaucoup moins de force. Quelque chose comme:

diagramme des lobes de signal

Source: Wikipedia

Omnidirectionnel: Bien qu'une antenne idéalement omnidirectionnelle (x, y, z) soit impossible à désigner comme celles qui sont omnidirectionnelles sur 2 axes plutôt que 3. Son diagramme de rayonnement est décrit comme une sorte de beignet. Impossible de publier plus de liens, mais vous le verrez si vous Google

Voici une liste assez complète de la plupart des types d'antennes si vous êtes intéressé: www.antenna-theory.com/m/antennas/main.php

EDIT: Pour vos commentaires sur la polarité du signal de l'antenne, je suppose que votre doute est plus lié à la façon dont les ondes voyagent dans l'air plus qu'à quel modèle elles le font.

Les diagrammes postés par @FakeMoustache montrent la densité des ondes dans l'espace, ces ondes EM ont une polarité qui est définie par le type d'antenne que nous utilisons. En fin de compte, la polarité signifie dans quelle mesure l'impulsion se déplace, X ou Y (donc polarisation verticale ou horizontale) qui est déterminée par le champ E comme indiqué dans l'image ci-dessous.

Onde polarisée verticalement

xgrimau
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Vous vous interrogez sur la forme des ondes électromagnétiques? Semble de cette façon.

Les autres réponses ne le montrent pas. Au lieu de cela, ils montrent les graphiques de la puissance en fonction de la direction (le "diagramme de rayonnement") ou des graphiques de la tension en fonction de la distance (l'onde sinusoïdale de tension). Mais "watts / cm ^ 2" n'est pas une direction dans l'espace, et le graphique du rayonnement le motif ne montre pas la forme des vagues. Et, la tension n'est pas une direction, de sorte que le "graphique de polarisation" ne représente pas les ondes transversales; il ne représente que l'intensité du champ le long d'une ligne droite étroite.

Par exemple, comment pouvons-nous dessiner cette polarisation linéaire à l' intérieur de cela ?

Aucun de ceux-ci ne montre les ondes EM réelles. Le second est un graphique de la puissance de sortie, pas des formes EM. Le premier est un graphique de la tension et du potentiel magnétique, et non des directions transversales.

Les ondes EM réelles d'une antenne sont des ondes sphériques. Le niveau de puissance ne modifie pas la forme des vagues. Les ondes sphériques ne contiennent aucune ondulation sinusoïdale. Lorsqu'elles sont émises par une tour, elles s'étalent à partir de la base de la tour (à partir de la connexion au sol) et non à partir de la pointe, comme le montrent les dessins de la culture pop des tours radio. Les vagues les plus intenses se déplacent horizontalement. Verticalement, l'intensité est nulle.

entrez la description de l'image ici

Voici l' animation du didacticiel ouvert MIT des lignes e-field et des ondes EM provenant d'une petite antenne dipôle au centre. Les ondes EM prennent la forme de sphères concentriques en expansion. Notez que dans la direction verticale, l'intensité des vagues est nulle, tandis que dans la direction horizontale, elle est maximale. Dans cette vidéo, pour une antenne tour plutôt qu'un dipôle, nous tracerions plutôt une ligne horizontale pour montrer la surface du sol, puis effacer les vagues à l'intérieur de la terre.

L'animation ci-dessus ne montre que la partie e-field des ondes sphériques EM. La composante magnétique est là aussi: des cercles de flux orientés à 90 degrés par rapport au flux de champ électronique. Comme ceci ci-dessous:

entrez la description de l'image ici


Méfiez-vous de deux idées fausses répandues:

  1. Les ondes EM sont-elles des ondes transversales dans l'éther? Nan.
    En fait, les ondes électromagnétiques ne sont pas un mouvement d'un médium. Aucune "substance" n'est déviée, ni ne prend une forme d'onde sinusoïdale dans un espace vide. Les lignes de flux des champs EM ne ressemblent pas à des ondes sinusoïdales. Oui, si nous représentons les valeurs numériques du champ e et du flux b, nous obtenons des ondes sinusoïdales. Mais la "tension" et le "magnétisme" ne sont pas des directions, donc le graphique ne représente pas la polarisation:il ne montre pas une onde sinusoïdale dans l'espace. Pour visualiser la forme réelle des lignes de flux transverses et des ondes EM polarisées, voir l'animation MIT ci-dessus, avec les champs pointant à 90 degrés vers la direction du mouvement des vagues. Et notez bien l'absence totale d'ondes sinusoïdales dans cette animation. Les ondes sinusoïdales apparaissent uniquement dans la densité de flux (dans l'espacement des lignes de flux à différents endroits), mais pas sous forme de courbes sinusoïdales dans un espace vide.

  2. Des ondes électromagnétiques rayonnent de la pointe d'une tour de radiodiffusion? Faux.
    De nombreux dessins de la culture pop des tours de diffusion montrent les ondes radio provenant de la pointe de la tour. Non, ça n'arrive pas. Les vagues viennent en fait de la base. Réfléchissant à cela, je me souviens de la bataille entre Marconi et Tesla, Tesla insistant sur le fait que les émissions radio proviennent de la base de la tour et impliquent des courants électriques dans le sol. Tesla a perdu la bataille, même s'il avait raison sur de nombreux aspects de la propagation VLF et des ondes longues. Marconi a été le gagnant, arrive à écrire l'histoire, alors peut-être que toutes ces choses sur les "vagues de la pointe de la tour" sont originaires de Marconi? Comme une tentative erronée de démystifier la description plus exacte de Tesla de propagation des ondes?

wbeaty
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wbeaty, merci de partager votre message. Votre réponse m'aide à comprendre certaines questions que j'ai eues récemment, mais je suis toujours un peu confus. Je comprends maintenant que les ondes sinusoïdales surviennent dans la densité de flux (bien que je ne comprenne pas vraiment comment fonctionne l'amplitude dans ce cas), mais je suis vraiment confus quant à la façon dont votre animation se rapporte aux guides d'ondes. J'essaie de comprendre à quoi ressemblerait votre animation de l'énergie RF à travers un guide d'ondes, pour visualiser pourquoi la 1/2 longueur d'onde est la coupure. Cela me déroute pourquoi l'amplitude du signal n'a pas d'importance pour la coupure.
Mtk59
Dans ces diagrammes, une amplitude plus faible équivaut à «moins de lignes». L'intensité du flux est proportionnelle à l'amplitude des ondes EM. Les vagues plus fortes ont exactement la même forme que les plus faibles. Mais les ondes les plus fortes ont un flux "plus dense": plus de raies imaginaires.
wbeaty