¿Cómo se ve la radiación de una antena?

Solo por curiosidad, busqué la antena en Google Images, y lo que generalmente muestra es algo como esto . Así que realmente pensé que una antena irradia en un patrón circular e igual. Pero a medida que leía las especificaciones de una antena y entendía términos como DBI y Polarización, me confundí más. Entonces mi pregunta es, ¿cómo se ve realmente la señal que irradia desde una antena?

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Por ejemplo, ¿cómo podemos dibujar esta polarización lineal dentro de esto ?

Esta imagen:

Es solo un dibujo, no tiene sentido. ¡No representa el patrón de radiación de una antena de ninguna manera!

Básicamente, todas las antenas irradian (y reciben) las ondas EM en todas las direcciones. Sin embargo, dependiendo del diseño, podría no irradiar y recibir muy bien en alguna dirección, pero podría hacerlo en una dirección diferente muy bien. Esas son las partes rojas en los patrones de radiación a continuación.

Los patrones de radiación de la antena real se ven así:

Para un radiador isotrópico en este caso.

O este para una antena parabólica:

Hay tantos patrones de radiación como tipos de antena.

Los diseñadores de antenas generalmente usan un simulador EM, por ejemplo CST , para calcular / simular el patrón de radiación de antena de una determinada estructura de antena.

¿Cómo podemos dibujar esta polarización lineal en el patrón de radiación?

Estos patrones de radiación no muestran la polarización. Dado que la polarización generalmente está en la dirección de la longitud de la antena, también depende de cómo coloque la antena. Por supuesto, el patrón de radiación cambia con esa colocación también.

Realmente depende del tipo de antena. Google probablemente responderá esto con imágenes mejor que yo ( "patrón de radiación de antena" de Google ).

Distinguirá en forma de radiación principalmente 2 tipos de antena:

Direccional: irradian la mayor parte de su energía en una dirección (frontal), parte de ella en la dirección opuesta (posterior) y una pequeña porción de la señal se dispersa alrededor de la antena pero con mucha menos fuerza. Algo como:

^{Fuente: Wikipedia}

Omnidireccional: aunque una antena idealmente omnidireccional (x, y, z) es imposible de denominar como aquellas que son omnidireccionales en 2 ejes en lugar de 3. Su patrón de radiación se describe como una especie de rosquilla. No puedo publicar más enlaces, pero lo verás si buscas en Google

Aquí está una lista bastante completa de la mayoría de los tipos de antenas si está interesado: www.antenna-theory.com/m/antennas/main.php

EDITAR: Para sus comentarios sobre la polaridad de la señal de la antena, supongo que su duda está más relacionada con la forma en que las ondas viajan por el aire más que en qué patrón lo hacen.

Los diagramas publicados por @FakeMoustache muestran la densidad de las ondas en el espacio, estas ondas EM tienen una polaridad definida por el tipo de antena que estamos utilizando. Al final, la polaridad significa en qué plano está viajando el pulso, ya sea X o Y (polarización vertical u horizontal) que está determinada por el campo E como se muestra en la imagen a continuación.

¿Estás preguntando por la forma de las ondas EM? Parece de esa manera.

Las otras respuestas no muestran esto. En su lugar, muestran los gráficos de potencia versus dirección (el "patrón de radiación") o gráficos de voltaje versus distancia (la onda sinusoidal de voltaje). Pero "vatios / cm ^ 2" no es una dirección en el espacio, y el gráfico de radiación El patrón no muestra la forma de las ondas. Y, el voltaje no es una dirección, de modo que el "gráfico de polarización" no representa ondas transversales; solo representa la intensidad de campo a lo largo de una línea recta estrecha.

Por ejemplo, ¿cómo podemos dibujar esta polarización lineal dentro de esto ?

Ninguno de los dos muestra las ondas EM reales. El segundo es un gráfico de potencia de salida, no formas EM. El primero es un gráfico de voltaje y potencial magnético, no de direcciones transversales.

Las ondas EM reales de una antena son ondas de esfera. El nivel de potencia no altera la forma de las olas. Las ondas de esfera no contienen meneos sinusoidales. Cuando se emiten desde una torre, se extienden desde la base de la torre (desde la conexión a tierra), no desde la punta como se muestra en los dibujos de la cultura pop de las torres de radio. Las olas más intensas viajan horizontalmente. Verticalmente la intensidad es cero.

Aquí está la animación del curso abierto MIT de líneas de campo electrónico y ondas EM que provienen de una pequeña antena dipolo en el centro. Las ondas EM toman la forma de esferas concéntricas en expansión. Tenga en cuenta que en la dirección vertical la intensidad de onda es cero, mientras que en la dirección horizontal es máxima. En este video, para una antena de torre en lugar de un dipolo, en su lugar dibujaríamos una línea horizontal para mostrar la superficie del suelo y luego borraríamos las ondas dentro de la tierra.

La animación anterior solo muestra la parte del campo e de las ondas de esfera EM. El componente magnético también está ahí: círculos de flujo orientados a 90 grados con respecto al flujo del campo electrónico. Como este a continuación:

Tenga cuidado con dos conceptos erróneos generalizados:

1. ¿Las ondas EM son ondas transversales en el éter? No
   De hecho, las ondas EM no son un movimiento de un medio. No se está desviando ninguna "sustancia", ni tomando una forma de onda sinusoidal en el espacio vacío. Las líneas de flujo de los campos EM no se parecen a las ondas sinusoidales. Sí, si trazamos los valores numéricos del flujo del campo e y del campo b, obtenemos ondas sinusoidales. Pero el "voltaje" y el "magnetismo" no son direcciones, por lo que el gráfico no representa la polarización:No muestra una onda sinusoidal en el espacio. Para visualizar la forma real de líneas de flujo transversales y ondas EM polarizadas, vea la animación MIT arriba, con los campos apuntando a 90 grados en la dirección del movimiento de la onda. Y tenga en cuenta bien la falta total de ondas sinusoidales en esa animación. Las ondas sinusoidales solo surgen en la densidad de flujo (en el espacio de las líneas de flujo en diferentes lugares), pero no como curvas sinusoidales en el espacio vacío.

2. ¿Las ondas EM irradian desde la punta de una torre de transmisión? Incorrecto.
   Numerosos dibujos de la cultura pop de torres de radiodifusión muestran las ondas de radio procedentes de la punta de la torre. No, no pasa. Las olas en realidad provienen de la base. Reflexionando sobre esto, recuerdo la batalla entre Marconi y Tesla, con Tesla insistiendo en que las transmisiones de radio provienen de la base de la torre e involucran corrientes eléctricas en el suelo. Tesla perdió la batalla, a pesar de que tenía razón sobre muchos aspectos del VLF y la propagación de onda larga. Marconi fue el ganador, puede escribir la historia, así que tal vez todo esto sobre "olas desde la punta de la torre" se originó con Marconi. ¿Como un intento equivocado de desacreditar la descripción más correcta de Tesla de las ondas de propagación?