Im Strahlungsdiagramm einer Antenne stellt der Hauptkeule den Hauptstrahl der Antenne dar, durch den die maximale und konzentrierteste Energie abgestrahlt wird.
Die Strahlbreite ist die Winkelbreite der Apertur, durch die der größte Teil der Leistung abgestrahlt wird. Die beiden wichtigsten Parameter zur Charakterisierung der Strahlbreite sind die Halbwertsbreite (HPBW) und die erste Nullstrahlbreite (FNBW).
Halbwertsbreite (HPBW)
Gemäß der Standarddefinition wird der Winkelabstand, über den die Amplitude des Strahlungsmusters um 50 % (d. h. -3 dB) vom Maximum der Hauptkeule abfällt, als Halbwertsbreite bezeichnet.
Anders ausgedrückt: Die Strahlbreite ist der Bereich, über den die Antenne den größten Teil ihrer Leistung abstrahlt, was dem Bereich nahe der maximalen Leistung entspricht. Die Halbwertsbreite ist der Winkelbereich, in dem die relative Leistung im effektiven Strahlungsfeld der Antenne 50 % der maximalen Leistung übersteigt.
Geometrische Interpretation von HPBW
Zeichnen Sie im Strahlungsdiagramm eine Linie vom Ursprung zu jeder Seite des Hauptkeulenbündels an den Halbwertspunkten. Der Winkel zwischen diesen beiden Vektoren ist die Halbwertsbreite (HPBW). Die folgende Abbildung veranschaulicht dieses Konzept.
Die Abbildung zeigt den Hauptkeulenbereich der Antenne und die Halbwertspunkte auf dem Hauptkeulenbereich.
Mathematischer Ausdruck
Eine Näherungsformel für die Halbwertsbreite des Strahls lautet:
Wo:
•λ ist die Betriebswellenlänge,
•D ist die Antennenöffnungsdimension (typischerweise Durchmesser oder Seitenlänge).
Die Einheit der Halbwertsbreite (HPBW) ist das Radiant oder das Grad.
Erste Nullstrahlbreite (FNBW)
Gemäß der Standarddefinition wird der Winkelabstand zwischen den ersten Nullstellen, die an den Hauptkeule angrenzen, als erste Nullstellenstrahlbreite bezeichnet.
Vereinfacht ausgedrückt ist FNBW der Winkelabstand zwischen den ersten Nullstellen des Strahlungsmusters auf beiden Seiten des Hauptstrahls.
Geometrische Interpretation von FNBW
Vom Ursprung des Strahlungsdiagramms aus werden auf beiden Seiten Tangenten an den Hauptstrahl gezeichnet. Der Winkel zwischen diesen beiden Tangenten entspricht der ersten Nullstrahlbreite (FNBW). Die folgende Abbildung veranschaulicht dieses Konzept.
Die obige Abbildung zeigt die Halbwertsbreite (HPBW) und die erste Nullstrahlbreite (FNBW) auf einem Strahlungsdiagramm, wobei der Hauptkeule und die Nebenkeulen gekennzeichnet sind.
Mathematischer Ausdruck
Die Beziehung zwischen der ersten Nullstrahlbreite (FNBW) und der Halbwertsstrahlbreite (HPBW) kann wie folgt angenähert werden:
Durch Einsetzen von HPBW ≈ 70λ/D erhalten wir:
wobei λ die Wellenlänge und D die Antennenaperturabmessung ist.
Einheit
Die Einheit der ersten Nullstrahlbreite (FNBW) ist das Radiant (rad) oder das Grad (°).
Effektive Länge und effektive Fläche
Zu den Antennenparametern zählen auch die effektive Länge und die effektive Fläche zu den wichtigen Kennzahlen, die zur Bewertung der Antennenleistung beitragen.
Effektive Länge
Die effektive Länge einer Antenne dient zur Charakterisierung ihrer Polarisationseffizienz.
DefinitionDie effektive Länge ist das Verhältnis der Leerlaufspannungsamplitude an den Empfangsantennenanschlüssen zur Amplitude der einfallenden elektrischen Feldstärke in der gleichen Polarisationsrichtung wie die Antenne. Trifft eine einfallende Welle auf den Antenneneingang, besitzt sie eine bestimmte elektrische Feldstärke, deren Amplitude von der Polarisation der Antenne abhängt. Diese Polarisation sollte mit der Spannungsamplitude an den Empfangsanschlüssen übereinstimmen, um einen optimalen Signalempfang zu gewährleisten.
Mathematischer Ausdruck
Der mathematische Ausdruck für die effektive Länge lautet:
Wo:
•le ist die effektive Länge der Antenne.
•Voc ist die Leerlaufspannungsamplitude an den Anschlüssen der Empfangsantenne.
•Ei ist die Amplitude der einfallenden elektrischen Feldstärke in der gleichen Polarisationsrichtung wie die Antenne.
Effektiver Bereich
Definition: Die effektive Fläche ist der Teil der Fläche einer Empfangsantenne, der Energie aus der einfallenden Wellenfront aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt; sie ist im Allgemeinen kleiner als die physikalische Aperturfläche der Antenne.
Beim Empfang ist die gesamte physikalische Fläche der Antenne der einfallenden elektromagnetischen Wellenfront ausgesetzt, jedoch empfängt nur ein Teil davon das Signal effektiv. Dieser Teil wird als effektive Fläche bezeichnet.
Der Grund dafür, dass nur ein Bruchteil der Wellenfrontenergie genutzt wird, liegt darin, dass ein Teil der einfallenden Welle von der Antenne gestreut und ein anderer Teil als Wärme abgeführt wird. Daher wird unter idealen Bedingungen ohne Verluste die Fläche, die, multipliziert mit der einfallenden Leistungsdichte, die maximal von der Antenne erzielbare Leistung ergibt, als effektive Fläche bezeichnet.
Die effektive Fläche wird üblicherweise mit bezeichnetAeff.
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Veröffentlichungsdatum: 30. April 2026
