विकिरण आकृति (रेडिएशन पैटर्न)

एंटीना डिजाइन के क्षेत्र में शब्द विकिरण पैटर्न (या एंटीना पैटर्न या दूर-क्षेत्र पैटर्न ) एंटीना या अन्य स्रोत से रेडियो तरंगों की ताकत की दिशात्मक (कोणीय) निर्भरता को संदर्भित करता है  

विशेष रूप से फाइबर ऑप्टिक्स, लेजर और एकीकृत ऑप्टिक्स के क्षेत्र में, विकिरण पैटर्न शब्द का उपयोग निकट-क्षेत्र पैटर्न या फ़्रेज़नेल पैटर्न के पर्याय के रूप में भी किया जा सकता है। यह निकट क्षेत्र, या स्रोत के फ्रेस्नेल क्षेत्र में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की स्थितीय निर्भरता को संदर्भित करता है। नियर-फील्ड पैटर्न को आमतौर पर स्रोत के सामने रखे गए समतल पर या इसे घेरने वाली बेलनाकार या गोलाकार सतह पर परिभाषित किया जाता है।

ऐन्टेना के दूर-क्षेत्र के पैटर्न को प्रयोगात्मक रूप से एंटीना रेंज पर निर्धारित किया जा सकता है, या वैकल्पिक रूप से, निकट-क्षेत्र पैटर्न को निकट-क्षेत्र स्कैनर का उपयोग करके पाया जा सकता है, और गणना द्वारा विकिरण पैटर्न का अनुमान लगाया जा सकता है। दूर-क्षेत्र विकिरण पैटर्न की गणना एनईसी जैसे कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा एंटीना आकार से भी की जा सकती है। एचएफएसएस जैसे अन्य सॉफ्टवेयर भी निकट क्षेत्र की गणना कर सकते हैं।

सुदूर क्षेत्र के विकिरण पैटर्न को कई संबंधित चरों में से एक के प्लॉट के रूप में रेखांकन के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें शामिल हैं; एक स्थिर (बड़े) त्रिज्या (एक आयाम पैटर्न या क्षेत्र पैटर्न ) पर क्षेत्र की ताकत, प्रति इकाई ठोस कोण ( शक्ति पैटर्न ) और निर्देश लाभ । बहुत बार, केवल सापेक्ष आयाम को प्लॉट किया जाता है, या तो ऐन्टेना दूरदर्शिता पर आयाम या कुल विकिरण शक्ति के लिए सामान्यीकृत किया जाता है। प्लॉट की गई मात्रा को रैखिक पैमाने पर या dB में दिखाया जा सकता है। प्लॉट को आम तौर पर त्रि-आयामी ग्राफ (दाईं ओर), या लंबवत विमान और क्षैतिज विमान में अलग-अलग ग्राफ के रूप में दर्शाया जाता है। इसे अक्सर ध्रुवीय आरेख के रूप में जाना जाता है।

पारस्परिक
यह एंटेना की एक मौलिक संपत्ति है कि प्राप्त करने के लिए के लिए उपयोग किए जाने पर एंटीना के '' 'पैटर्न' '(दिशा के एक समारोह के रूप में संवेदनशीलता) प्राप्त करना है।एंटीना जब  संचारण के लिए उपयोग किया जाता है।यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स के  पारस्परिकता प्रमेय का परिणाम है और नीचे साबित होता है।इसलिए, विकिरण पैटर्न की चर्चा में एंटीना को या तो संचारित या प्राप्त करने के रूप में देखा जा सकता है, जो भी अधिक सुविधाजनक हो।यह केवल निष्क्रिय एंटीना तत्वों पर लागू होता है;सक्रिय एंटेना जिसमें एम्पलीफायरों या अन्य घटक शामिल होते हैं, अब पारस्परिक उपकरण नहीं होते हैं।

विशिष्ट पैटर्न
चूंकि विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्विध्रुवीय विकिरण है, इसलिए एक एंटीना बनाना संभव नहीं है जो सभी दिशाओं में समान रूप से समान रूप से विकिरण करता है, हालांकि इस तरह के एक काल्पनिक आइसोट्रोपिक एंटीना का उपयोग एंटीना लाभ की गणना के लिए एक संदर्भ के रूप में किया जाता है।

सबसे सरल एंटेना, मोनोपोल और द्विध्रुवीय एंटेना, एक सामान्य अक्ष के साथ एक या दो सीधी धातु की छड़ें होती हैं। इन अक्षीय सममित एंटेना में एक समान समरूपता के साथ विकिरण पैटर्न होते हैं, जिन्हें सर्वदिशात्मक पैटर्न कहा जाता है; वे ऐन्टेना के लंबवत सभी दिशाओं में समान शक्ति विकीर्ण करते हैं, शक्ति केवल कोण के साथ धुरी के साथ बदलती है, एंटीना की धुरी पर शून्य पर गिरती है। यह सामान्य सिद्धांत को दर्शाता है कि यदि एंटीना का आकार सममित है, तो इसके विकिरण पैटर्न में समान समरूपता होगी।

अधिकांश एंटेना में, एंटीना के विभिन्न भागों से विकिरण कुछ कोणों पर हस्तक्षेप करता है; एंटीना के विकिरण पैटर्न को एक हस्तक्षेप पैटर्न माना जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप कुछ कोणों पर शून्य विकिरण होता है जहां विभिन्न भागों से रेडियो तरंगें चरण से बाहर आती हैं, और अन्य कोणों पर विकिरण की स्थानीय अधिकतमता जहां रेडियो तरंगें चरण में आती हैं। इसलिए, अधिकांश एंटेना का विकिरण प्लॉट विभिन्न कोणों पर " लॉब्स " नामक मैक्सिमा का एक पैटर्न दिखाता है, जिसे " नल " से अलग किया जाता है, जिस पर विकिरण शून्य हो जाता है। ऐन्टेना की तुलना तरंगदैर्घ्य से जितनी बड़ी होगी, उतने ही अधिक लोब होंगे।

एक दिशात्मक एंटीना में जिसका उद्देश्य एक विशेष दिशा में रेडियो तरंगों का उत्सर्जन करना है, एंटीना को वांछित दिशा में निर्देशित लोब में अपनी अधिकांश शक्ति को विकीर्ण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसलिए रेडिएशन प्लॉट में यह लोब दूसरों की तुलना में बड़ा दिखाई देता है; इसे " मुख्य लोब " कहा जाता है। मुख्य लोब के केंद्र से गुजरने वाले अधिकतम विकिरण की धुरी को " बीम अक्ष " या दूरदर्शिता अक्ष कहा जाता है। कुछ एंटेना में, जैसे स्प्लिट-बीम एंटेना, एक से अधिक प्रमुख लोब मौजूद हो सकते हैं। मुख्य लोब के बगल में अन्य लोब, अन्य दिशाओं में अवांछित विकिरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, छोटे लोब कहलाते हैं। मुख्य लोब के कोण पर उन्मुख छोटे लोब को " साइड लोब " कहा जाता है। मुख्य लोब से विपरीत दिशा (180°) में लघु लोब को " बैक लोब " कहा जाता है।

माइनर लोब आमतौर पर अवांछित दिशाओं में विकिरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, इसलिए दिशात्मक एंटेना में एक डिजाइन लक्ष्य आमतौर पर मामूली लोब को कम करना होता है। साइड लोब आम तौर पर छोटे लोबों में सबसे बड़े होते हैं। माइनर लोब का स्तर आमतौर पर लोब में पावर घनत्व के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो कि प्रमुख लोब के प्रश्न में होता है। इस अनुपात को अक्सर पार्श्व लोब अनुपात या पार्श्व लोब स्तर कहा जाता है। −20. का पार्श्व लोब स्तर डीबी या इससे अधिक आमतौर पर कई अनुप्रयोगों में वांछनीय नहीं होते हैं। −30. से छोटे पार्श्व लोब स्तर की प्राप्ति डीबी को आमतौर पर बहुत सावधानीपूर्वक डिजाइन और निर्माण की आवश्यकता होती है। अधिकांश रडार प्रणालियों में, उदाहरण के लिए, साइड लोब के माध्यम से झूठे लक्ष्य संकेतों को कम करने के लिए कम साइड लोब अनुपात बहुत महत्वपूर्ण हैं।

पारस्परिकता का प्रमाण
पूर्ण प्रमाण के लिए, पारस्परिकता (विद्युत चुंबकत्व) लेख देखें। यहां, हम एक सजातीय माध्यम में एंटीना के आकार की तुलना में बड़ी दूरी से अलग किए गए दो एंटेना के सन्निकटन तक सीमित एक सामान्य सरल प्रमाण प्रस्तुत करते हैं। पहला एंटीना परीक्षण एंटीना है जिसके पैटर्न की जांच की जानी है; यह एंटीना किसी भी दिशा में इंगित करने के लिए स्वतंत्र है। दूसरा एंटीना एक संदर्भ एंटीना है, जो पहले एंटीना पर सख्ती से इंगित करता है।

प्रत्येक एंटीना वैकल्पिक रूप से एक ट्रांसमीटर से जुड़ा होता है, जिसमें एक विशेष स्रोत प्रतिबाधा होता है, और एक रिसीवर एक ही इनपुट प्रतिबाधा होता है (प्रतिबाधा दो एंटेना के बीच भिन्न हो सकता है)।

यह माना जाता है कि दो एंटेना पर्याप्त रूप से दूर हैं कि ट्रांसमिटिंग एंटीना के गुण प्राप्त करने वाले एंटीना द्वारा उस पर रखे गए भार से प्रभावित नहीं होते हैं। नतीजतन, ट्रांसमीटर से रिसीवर को हस्तांतरित शक्ति की मात्रा को दो स्वतंत्र कारकों के उत्पाद के रूप में व्यक्त किया जा सकता है; एक संचारण एंटीना के दिशात्मक गुणों के आधार पर, और दूसरा प्राप्त करने वाले एंटीना के दिशात्मक गुणों के आधार पर।

ट्रांसमिटिंग एंटीना के लिए, लाभ की परिभाषा के अनुसार, $$G$$, दूरी पर विकिरण शक्ति घनत्व $$r$$ एंटीना से (अर्थात इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली शक्ति) है

$$\mathrm{W}(\theta,\Phi) = \frac{\mathrm{G}(\theta,\Phi)}{4 \pi r^{2}} P_{t}$$

यहाँ, कोण $$\theta$$ तथा $$\Phi$$ एंटीना से दिशा पर निर्भरता इंगित करें, और $$P_{t}$$ शक्ति के लिए खड़ा है ट्रांसमीटर एक मिलान लोड में वितरित करेगा। लाभ $$G$$ तीन कारकों में विभाजित किया जा सकता है; एंटीना लाभ (शक्ति का दिशात्मक पुनर्वितरण), विकिरण दक्षता (एंटीना में ओमिक नुकसान के लिए लेखांकन), और अंत में एंटीना और ट्रांसमीटर के बीच बेमेल के कारण नुकसान। कड़ाई से, बेमेल को शामिल करने के लिए, इसे वास्तविक लाभ कहा जाना चाहिए, लेकिन यह सामान्य उपयोग नहीं है।

प्राप्त करने वाले एंटीना के लिए, रिसीवर को दी जाने वाली शक्ति है


 * $$P_{r} = \mathrm{A}(\theta,\Phi) W\,$$

यहां $$W$$ घटना विकिरण की शक्ति घनत्व है, और $$A$$ ऐन्टेना एपर्चर या ऐन्टेना का प्रभावी क्षेत्र है (अवलोकित कैप्चर की गई शक्ति को रोकने के लिए ऐन्टेना को जिस क्षेत्र पर कब्जा करने की आवश्यकता होगी)। दिशात्मक तर्क अब प्राप्त करने वाले एंटीना के सापेक्ष हैं, और फिर से $$A$$ ओमिक और बेमेल नुकसान को शामिल करने के लिए लिया जाता है।

इन भावों को एक साथ रखने पर, ट्रांसमीटर से रिसीवर में स्थानांतरित होने वाली शक्ति है


 * $$P_{r} = A \frac{G}{4 \pi r^{2}} P_{t}$$ ,

कहाँ पे $$G$$ तथा $$A$$ क्रमशः संचारण और प्राप्त करने वाले एंटेना के प्रत्यक्ष रूप से निर्भर गुण हैं। संदर्भ एंटीना (2) से परीक्षण एंटीना (1) तक संचरण के लिए, अर्थात

$$P_{1r} = \mathrm{A_{1}}(\theta,\Phi) \frac{G_{2}}{4 \pi r^{2}} P_{2t}$$

और विपरीत दिशा में संचरण के लिए

$$P_{2r} = A_{2} \frac{\mathrm{G_{1}}(\theta,\Phi)}{4 \pi r^{2}} P_{1t}$$

इधर, लाभ $$G_{2}$$ और प्रभावी क्षेत्र $$A_{2}$$ एंटेना 2 की संख्या निश्चित है, क्योंकि इस एंटीना का उन्मुखीकरण पहले के संबंध में तय किया गया है।

अब एंटेना के दिए गए स्वभाव के लिए, पारस्परिकता प्रमेय की आवश्यकता है कि शक्ति हस्तांतरण प्रत्येक दिशा में समान रूप से प्रभावी हो, अर्थात

$$\frac{P_{1r}}{P_{2t}} = \frac{P_{2r}}{P_{1t}}$$ ,

जहां से

$$\frac{\mathrm{A_{1}}(\theta,\Phi)}{\mathrm{G_{1}}(\theta,\Phi)} = \frac{A_{2}}{G_{2}}$$.

लेकिन इस समीकरण का दाहिना हाथ निश्चित है (क्योंकि एंटीना 2 का उन्मुखीकरण निश्चित है), और इसलिए

$$\frac{\mathrm{A_{1}}(\theta,\Phi)}{\mathrm{G_{1}}(\theta,\Phi)} = \mathrm{constant}$$

यानी (प्राप्त) प्रभावी एपर्चर की दिशात्मक निर्भरता और (संचारण) लाभ समान (क्यूईडी) हैं। इसके अलावा, आनुपातिकता की निरंतरता एंटीना की प्रकृति की परवाह किए बिना समान है, और इसलिए सभी एंटेना के लिए समान होना चाहिए। एक विशेष एंटेना (जैसे कि हर्ट्ज़ियन द्विध्रुव ) का विश्लेषण दर्शाता है कि यह स्थिरांक है $$\frac{\lambda^{2}}{4\pi}$$, कहाँ पे $$\lambda$$ मुक्त-अंतरिक्ष तरंगदैर्घ्य है। इसलिए, किसी भी एंटेना के लिए लाभ और प्रभावी एपर्चर संबंधित हैं

$$\mathrm{A}(\theta,\Phi) = \frac{\lambda^{2} \mathrm{G}(\theta,\Phi)}{4 \pi}$$.

यहां तक कि एक प्राप्त एंटीना के लिए, प्रभावी एपर्चर को निर्दिष्ट करने की तुलना में लाभ को बताना अधिक सामान्य है। इसलिए रिसीवर को दी जाने वाली शक्ति को आमतौर पर इस प्रकार लिखा जाता है

$$P_{r} = \frac{\lambda^{2} G_{r} G_{t}}{(4 \pi r)^{2}} P_{t}$$

(लिंक बजट देखें)। हालांकि, ऐन्टेना के वास्तविक भौतिक आकार के साथ तुलना करने के लिए प्रभावी एपर्चर रुचि का है।

व्यावहारिक परिणाम

 * कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा एक प्राप्त एंटीना के पैटर्न का निर्धारण करते समय, घटना के हर संभव कोण के लिए गणना करना आवश्यक नहीं है।इसके बजाय, एंटीना का विकिरण पैटर्न एक एकल सिमुलेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है, और प्राप्त पैटर्न पारस्परिकता द्वारा अनुमानित होता है।
 * जब एक एंटीना द्वारा माप द्वारा एंटीना का पैटर्न निर्धारित करता है]], एंटीना या तो प्राप्त हो सकता है या संचारित हो सकता है, जो भी अधिक सुविधाजनक हो।
 * एक व्यावहारिक एंटीना के लिए, साइड लोब स्तर न्यूनतम होना चाहिए, अधिकतम प्रत्यक्षता होना आवश्यक है