Como é a radiação de uma antena?

Só por curiosidade, procurei antena no Google Imagens, eo que mostra geralmente é algo parecido com isso . Então, eu realmente pensei que uma antena irradia em um padrão circular e igual. Mas, ao ler as especificações de uma antena e entender termos como DBI e Polarização , fiquei mais confuso. Então, minha pergunta é: como é realmente o sinal que irradia da antena?

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Por exemplo, como podemos desenhar essa polarização linear dentro disso ?

Esta imagem:

É apenas um desenho, não tem sentido. Não representa o padrão de radiação de uma antena de forma alguma!

Basicamente, todas as antenas irradiam (e recebem) as ondas EM em todas as direções. No entanto, dependendo do design, ele pode não irradiar e receber muito bem em alguma direção, mas pode fazê-lo em uma direção diferente muito bem. Essas são as partes vermelhas nos padrões de radiação abaixo.

Os padrões de radiação da antena real são assim:

Para um radiador isotrópico neste caso.

Ou este para uma antena parabólica:

Existem tantos padrões de radiação quanto tipos de antenas.

Os projetistas de antenas geralmente usam um simulador EM, por exemplo , CST , para calcular / simular o padrão de radiação da antena de uma determinada estrutura da antena.

Como podemos desenhar essa polarização linear no padrão de radiação?

Esses padrões de radiação não mostram a polarização. Como a polarização geralmente está na direção do comprimento da antena, também depende de como você coloca a antena. Obviamente, o padrão de radiação também muda com esse posicionamento.

Realmente depende do tipo de antena. O Google provavelmente responderá a isso com fotos melhor do que eu ( Google "padrão de radiação da antena" ).

Você distinguirá em forma de radiação principalmente 2 tipos de antena:

Direcional: Eles irradiam a maior parte de sua energia em uma direção (frontal), parte dela na direção oposta (traseira) e uma pequena parte do sinal é dispersa em torno da antena, mas com muito menos força. Algo como:

^{Fonte: Wikipedia}

Omnidirecional: Embora uma antena idealmente omnidirecional (x, y, z) seja impossível de se referir como aquelas que são omnidirecionais em 2 eixos em vez de 3. Seu padrão de radiação é descrito como uma espécie de rosquinha. Não é possível postar mais links, mas você o verá se pesquisar no Google

Aqui está uma lista bastante completa da maioria dos tipos de antena, se você estiver interessado: www.antenna-theory.com/m/antennas/main.php

EDIT: Para seus comentários sobre a polaridade do sinal da antena, suponho que sua dúvida esteja mais relacionada à maneira como as ondas viajam pelo ar mais do que em qual padrão elas o fazem.

Os diagramas publicados por @FakeMoustache mostram a densidade das ondas no espaço; essas ondas EM têm uma polaridade definida pelo tipo de antena que estamos usando. No final, a polaridade significa em que plano o pulso está viajando, seja X ou Y (polarização vertical ou horizontal), que é determinada pelo campo E, como mostrado na figura abaixo.

Você está perguntando sobre a forma das ondas EM? Parece que sim.

As outras respostas não mostram isso. Em vez disso, eles mostram os gráficos de potência versus direção (o "padrão de radiação") ou gráficos de tensão versus distância (a onda senoidal de tensão). Mas "watts / cm ^ 2" não é uma direção no espaço, e o gráfico da radiação O padrão não mostra a forma das ondas. E, a tensão não é uma direção, de modo que o "gráfico de polarização" não representa ondas transversais; apenas descreve a intensidade do campo ao longo de uma linha reta estreita.

Por exemplo, como podemos desenhar essa polarização linear dentro disso ?

Nenhum deles mostra as ondas EM reais. O segundo é um gráfico da potência, não das formas EM. O primeiro é um gráfico de tensão e de potencial magnético, não de direções transversais.

As ondas EM reais de uma antena são ondas de esfera. O nível de potência não altera a forma das ondas. As ondas da esfera não contêm manobras em forma de seno. Quando emitidos a partir de uma torre, eles se espalham a partir da base da torre (da conexão de terra), não da ponta, como mostrado nos desenhos de cultura pop das torres de rádio. As ondas mais intensas viajam horizontalmente. Verticalmente a intensidade é zero.

Aqui está a animação de cursos abertos do MIT de linhas de campo eletrônico e ondas EM provenientes de uma pequena antena dipolo no centro. As ondas EM tomam a forma de esferas concêntricas em expansão. Observe que na direção vertical a intensidade da onda é zero, enquanto na direção horizontal é máxima. Neste vídeo, para uma antena de torre em vez de um dipolo, desenharíamos uma linha horizontal para mostrar a superfície do solo e depois apagar as ondas dentro da terra.

A animação acima mostra apenas a parte do campo eletrônico das ondas de esfera EM. O componente magnético também está presente: círculos de fluxo orientados a 90 graus para o fluxo do campo eletrônico. Assim abaixo:

Cuidado com dois equívocos generalizados:

1. Ondas EM são ondas transversais no Éter? Não.
   De fato, as ondas EM não são um movimento de um meio. Nenhuma "substância" está sendo desviada, nem assumindo uma forma de onda senoidal no espaço vazio. As linhas de fluxo dos campos EM não se assemelham a ondas senoidais. Sim, se traçarmos os valores numéricos do campo e e do campo b, obteremos ondas senoidais. Mas "voltagem" e "magnetismo" não são direções, portanto o gráfico não mostra a polarização:não mostra uma onda senoidal no espaço. Para visualizar a forma real das linhas de fluxo transversais e ondas EM polarizadas, consulte a animação do MIT acima, com os campos apontando para 90 graus na direção do movimento das ondas. E observe bem a completa falta de ondas senoidais nessa animação. As ondas senoidais surgem apenas na densidade de fluxo (no espaçamento das linhas de fluxo em locais diferentes), mas não como curvas em forma de seno no espaço vazio.

2. Ondas EM irradiam da ponta de uma torre de transmissão? Errado.
   Numerosos desenhos da cultura pop de torres de transmissão mostram as ondas de rádio vindas da ponta da torre. Não, isso não acontece. As ondas realmente vêm da base. Pensando nisso, recordo a batalha entre Marconi e Tesla, com Tesla insistindo que as transmissões de rádio venham da base da torre e envolvam correntes elétricas no solo. Tesla perdeu a batalha, apesar de estar certo sobre muitos aspectos da VLF e da propagação de ondas longas. Marconi foi o vencedor, começa a escrever a história, então talvez todas essas coisas sobre "ondas da ponta da torre" tenham se originado com Marconi? Como uma tentativa equivocada de desmascarar a descrição mais correta de ondas de propagação de Tesla?