Interpretation des Strahlungswiderstandes im Empfangsmodus

Angenommen, wir haben eine Antenne im Empfangsmodus, die mit einer angepassten Last verbunden ist. Das Ersatzschaltbild ist eine Spannungsquelle in Reihe mit der Antennenspeisepunktimpedanz und der Lastimpedanz. Wie wir wissen, setzt sich die Speisepunktimpedanz aus einem Blindanteil, einem ohmschen Widerstand und einem Strahlungswiderstand zusammen. Da nun die Last angepasst ist, wird die Hälfte der abgefangenen Leistung an die Last geliefert, während die andere Hälfte an die ohmschen bzw. Strahlungswiderstände geliefert wird. Die an den ohmschen Widerstand abgegebene Leistung wird in Wärme umgewandelt, aber wie ist die an den Strahlungswiderstand abgegebene Leistung zu interpretieren? Ist dieser Teil der von der Antenne reflektierten Gesamtleistung?

Woher kommt die reaktive Komponente?
@Andyaka Ich bin kein Antennenexperte, aber meines Wissens erzeugen alle Antennen ein Feld, das aus einem Strahlungsteil und einem reaktiven Teil besteht, wobei nur der erstere in der Fernzone vorhanden ist. Die Richtung des Poynting-Vektors (Leistungsdichte) ist für den Strahlungsanteil zeitlich konstant, während er für den Blindanteil hin und her oszilliert. Über den Speisepunkt führt dies zu einem Widerstand bzw. einer Reaktanz.
Nein, eine Antenne, die auf ihre optimale Frequenz abgestimmt ist, sieht resistiv aus. Sicher, wenn es nicht genau abgestimmt ist, wird es eine komplexe Impedanz aufweisen. Deshalb habe ich gefragt, weil Sie mit der Frage anscheinend eine obskure Linie einschlagen. Zum Beispiel hat ein Halbwellendipol 70 Ohm + 42 Ohm, aber wenn die Länge auf 0,48 reduziert wird, wird er 70 Ohm resistiv.
Die Felder aus nächster Nähe sind komplex und nicht kohärent in Bezug auf eine richtige EM-Welle, aber wenn die Antenne abgestimmt ist, erzeugt sie eine Strahlungsleistung, die ihre Eingangsimpedanz (und o / p-Impedanz beim Empfang) rein resistiv macht.
Sie haben Recht und Unrecht von meiner Seite, etwas Allgemeines über die Form des Nahfelds zu sagen. Ich frage mich jedoch, ob eine perfekt abgestimmte Antenne Energie aus ihrem Nahfeld speichern und abrufen kann oder nur eine nicht abgestimmte Antenne dies tut?

Antworten (3)

Ja, es wird von der Antenne effektiv zurückgestrahlt. Wenn die Antenne von einer Punktquelle empfängt, aber ihr Strahlungsmuster nicht nur auf die Quelle zeigt (z. B. isotrop ist), geht diese Strahlung in „alle“ Richtungen. Somit leitet (reflektiert) die Antenne das eingehende Signal in einem breiteren Strahl zurück.

Nein, im Allgemeinen gibt es keinen solchen Effekt wie eine Bestrahlung. Dies hängt stark vom Antennentyp ab. Der Strahlungswiderstand ist ein Modell für die Strahlung. Aufgrund der Reziprozität sollte man diesen Widerstand im Empfangsfall immer noch anpassen, aber das einfache Modell, wie Sie es beschreiben ( a voltage source in series with the antenna feedpoint impedance), ist im Empfangsfall nicht gültig.

Im Allgemeinen wird die gesamte von der Antenne aufgenommene Leistung (z. B. durch die effektive Aperturgröße beschrieben) empfangen. Jeder andere Betrag kann von der Antenne gestreut werden, dies ist jedoch mit geometrischen Merkmalen der Antenne verbunden und im gematchten Fall keineswegs immer 50% der Leistung, sondern ein eher willkürlicher Wert.

Das ist nicht richtig, es wird immer eine Rückstrahlung geben. Die effektive Fläche $A_e$ multipliziert mit der Leistungsdichte ergibt die an den Antennenanschlüssen verfügbare Leistung. Diese Leistung kann durch eine komplex konjugierte Übereinstimmung an eine Last geliefert werden. Jedoch wird der Kombination aus Antennenverlustwiderstand (Dissipation) und Antennenstrahlungswiderstand (Rückstrahlung) ein gleicher Betrag der Leistung zugeführt. Sehen Sie sich das erste Kapitel von Balanis' Buch Antenna Theory and Design, 4. Auflage, an.
@TroelsFolke Ich werde das Balanis-Buch überprüfen. Der Strahlungswiderstand verursacht jedoch keine Rückstrahlung, da er ein Modell für den Sendebetrieb ist. Reradiation ist ein (leider weit verbreiteter) Irrglaube. Es ist sehr einfach, synthetische / ideale Antennen zu bauen, die keine Rückstrahlung haben.
Bei manchen Arten von Antennen (z. B. Dipolen) tritt natürlich Rückstrahlung auf.
@TroelsFolke Ich habe jetzt das Balanis-Buch überprüft. Ich stimme seiner Ansicht nicht zu. Für mich scheint es unmöglich, dass die Rückstrahlung eine feste Menge von 50% ist. Denken Sie an eine Reflektorantenne, wenn die einfallende Welle von hinten kommt, wird 100% von der Antennenstruktur gestreut/rückgestrahlt und nichts wird empfangen.
Und ein einfaches Beispiel mit sehr geringer Rückstrahlung wäre ein Wellenleiter mit offenen Enden mit (unendlich dünnen) PEC-Deckwänden und PMC-Seitenwänden. Wenn eine einfallende ebene Welle mit der Öffnung ausgerichtet wird, "verschluckt" das oewg das einfallende Feld. Auf der Rückseite des oewg kann es zu einer gewissen Streuung kommen, die jedoch durch Absorber oder eine geeignete Geometrie unterdrückt werden kann. Die eigentliche Frage ist jetzt (die mir gerade in den Sinn kommt), was meint Balanis mit Bestrahlung? Ich bin mir jetzt nicht so sicher...
Vielleicht meint er die Veränderungen in den Umgebungsfeldern der Antenne, also das "Verschlucken" der einfallenden Felder/Leistung. Diese sollte zwar proportional zur empfangenen Leistung sein; aber ich würde das nicht Reradiation nennen.

Das äquivalente Schaltungsmodell für die Empfangsantenne, auf das oben Bezug genommen wurde, klingt richtig (siehe zum Beispiel Collin & Zucker). Was jedoch nicht korrekt ist, ist die Schätzung der Verlustleistung (oder Rückstrahlung) durch die Impedanz dieser Schaltung. Tatsächlich entspricht diese Schaltung einem äquivalenten Thevenin-Modell; und die Äquivalenz gilt nur in Bezug auf das, was mit diesem Stromkreis verbunden ist; beispielsweise ein Empfänger, dessen erste Stufe normalerweise ein rauscharmer Verstärker ist. Diese Ersatzschaltung gilt nicht aus der Perspektive dessen, was IN der Schaltung passiert. Allerdings streuen einige Antennen, andere nicht. Im Allgemeinen gibt das Ersatzschaltbild der Empfangsantenne keine Auskunft über die Höhe der Streuleistung.

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