Nebenkeulen - Side lobe

Ein typisches Richtantennen- Strahlungsdiagramm in Polarkoordinatensystem- Darstellung mit Nebenkeulen. Der radiale Abstand von der Mitte repräsentiert die Signalstärke.
Ein typisches Antennenstrahlungsdiagramm in kartesischer Koordinatensystemdarstellung mit Nebenkeulen.

In Antenna Engineering, Nebenkeulen oder Nebenkeulen sind die Lappen (lokale Maxima) des Fernfeldstrahlungsmusters einer Antenne oder einer anderen Strahlungsquelle, die nicht die sind Hauptkeule .

Das Strahlungsdiagramm der meisten Antennen zeigt ein Muster von " Keulen " in verschiedenen Winkeln, Richtungen, in denen die abgestrahlte Signalstärke ein Maximum erreicht, getrennt durch " Nullen ", Winkel, bei denen die abgestrahlte Signalstärke auf Null abfällt. Dies kann als Beugungsdiagramm der Antenne angesehen werden. Bei einer Richtantenne, bei der das Ziel darin besteht, die Funkwellen in eine Richtung auszusenden, ist die Keule in dieser Richtung so ausgelegt, dass sie eine größere Feldstärke hat als die anderen; dies ist der " Hauptlappen ". Die anderen Keulen werden " Nebenkeulen " genannt und repräsentieren normalerweise unerwünschte Strahlung in unerwünschte Richtungen. Die Nebenkeule direkt hinter der Hauptkeule wird als Hinterkeule bezeichnet . Je länger die Antenne im Verhältnis zur Funkwellenlänge ist , desto mehr Keulen hat ihr Strahlungsdiagramm. In Sendeantennen, Energie übermäßiger Nebenkeulenstrahlung Abfall und kann bewirken , dass Interferenzen mit anderen Geräten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass vertrauliche Informationen von unbeabsichtigten Empfängern mitgenommen werden können. Bei Empfangsantennen können Nebenkeulen Störsignale aufnehmen und den Rauschpegel im Empfänger erhöhen.

Die Leistungsdichte in den Nebenkeulen ist im Allgemeinen viel geringer als die im Hauptstrahl. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, den Nebenkeulenpegel (SLL) zu minimieren, der in Dezibel relativ zum Spitzenwert des Hauptstrahls gemessen wird . Die Hauptkeule und die Nebenkeulen treten sowohl beim Senden als auch beim Empfangen auf. Die Konzepte von Haupt- und Nebenkeulen, Strahlungsmuster, Aperturformen und Aperturgewichtung gelten für die Optik (ein weiterer Zweig der Elektromagnetik) und in akustischen Bereichen wie Lautsprecher- und Sonardesign sowie Antennendesign.

Da das Fernfeld- Strahlungsdiagramm einer Antenne eine Fourier-Transformation ihrer Aperturverteilung ist, haben die meisten Antennen im Allgemeinen Nebenkeulen, es sei denn, die Aperturverteilung ist eine Gaußsche Verteilung oder wenn die Antenne so klein ist, dass sie im sichtbaren Raum keine Nebenkeulen aufweist. Größere Antennen haben schmalere Hauptstrahlen sowie schmalere Nebenkeulen. Daher haben größere Antennen mehr Nebenkeulen im sichtbaren Raum (wenn die Antennengröße erhöht wird, bewegen sich Nebenkeulen vom evaneszenten Raum in den sichtbaren Raum).

Nebenkeulen bei gleichmäßig ausgeleuchteter Blende

Für eine Antenne mit rechteckiger Apertur mit einer einheitlichen Amplitudenverteilung (oder einer einheitlichen Gewichtung) ist die erste Nebenkeule −13,26 dB relativ zur Spitze des Fernlichts. Für solche Antennen hat das Strahlungsdiagramm eine kanonische Form von

 

 

 

 

( 1 )

Einfache Substitutionen verschiedener Werte von X in die kanonische Gleichung führen zu folgenden Ergebnissen:

x Strahlungsmuster Erläuterung
0 0 dB Spitze des Fernlichts
−∞ dB erste null
−13,26 dB Spitze der ersten Nebenkeule
−∞ dB zweite null
−17,83 dB Spitze der zweiten Nebenkeule

Für eine Antenne mit kreisförmiger Apertur, die ebenfalls eine gleichmäßige Amplitudenverteilung hat, ist der erste Nebenkeulenpegel −17,57 dB relativ zur Spitze des Fernlichts. In diesem Fall hat das Strahlungsmuster eine kanonische Form von

 

 

 

 

( 2 )

wo ist die Bessel-Funktion erster Ordnung 1. Dies ist als Airy-Muster bekannt . Einfache Substitutionen verschiedener Werte von X in die kanonische Gleichung führen zu folgenden Ergebnissen:

x Strahlungsmuster Erläuterung
0 0 dB Spitze des Fernlichts
3.83 −∞ dB erste null
5.14 −17,57 dB Spitze der ersten Nebenkeule
7.02 −∞ dB zweite null
8.42 −23,81 dB Spitze der zweiten Nebenkeule

Eine gleichmäßige Aperturverteilung, wie in den beiden obigen Beispielen angegeben, ergibt die maximal mögliche Richtwirkung für eine gegebene Aperturgröße, erzeugt aber auch den maximalen Nebenkeulenpegel. Die Pegel der Nebenkeulen können reduziert werden, indem die Kanten der Aperturverteilung (von der Gleichförmigkeit abweichend) auf Kosten einer verringerten Richtwirkung verjüngt werden .

Die Nullstellen zwischen den Nebenkeulen treten auf, wenn die Strahlungsmuster den Ursprung in der komplexen Ebene durchlaufen . Daher sind benachbarte Nebenkeulen im Allgemeinen um 180° phasenverschoben.

Reibelappen

Ein typisches Strahlungsmuster von phasengesteuerten Arrays, dessen Zwischenelementabstand größer als eine halbe Wellenlänge ist, daher weist das Strahlungsmuster Gitterkeulen auf.

Bei Antennen mit diskreter Apertur (wie phasengesteuerten Arrays ), bei denen der Elementabstand größer als eine halbe Wellenlänge ist, bewirkt der räumliche Aliasing- Effekt, dass einige Nebenkeulen in ihrer Amplitude wesentlich größer werden und sich dem Pegel der Hauptkeule nähern; diese werden als Gitterkeulen bezeichnet und sind identisch oder im gezeigten Beispiel nahezu identisch, Kopien der Hauptstrahlen.

Gitterkeulen sind ein Sonderfall einer Nebenkeule. In einem solchen Fall sollten als Nebenkeulen alle Keulen betrachtet werden, die zwischen der Hauptkeule und der ersten Gitterkeule oder zwischen Gitterkeulen liegen. Es ist konzeptionell nützlich, zwischen Nebenkeulen und Gitterkeulen zu unterscheiden, da Gitterkeulen größere Amplituden haben als die meisten, wenn nicht alle anderen Nebenkeulen. Die Mathematik der Gitterkeulen ist die gleiche wie bei der Röntgenbeugung .

Die Animation zeigt die Hauptkeule und die Gitterkeulen eines Phased-Arrays im Polarkoordinatensystem.

Externe Links