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●方向性

※方向性圖

天線的基本功能是將饋線傳輸?shù)碾姶挪ㄗ優(yōu)樽杂煽臻g傳播的電磁波，天線的方向圖是表征天線輻射時(shí)電磁波能量(或場(chǎng)強(qiáng))在空間各點(diǎn)分布的情況，它是描述天線的主要參數(shù)之一。

天線的方向性圖是一個(gè)立體圖形，它的特性可以用兩個(gè)互相垂直的平面(E平面和H平面)內(nèi)方向性圖來(lái)描述。天線方向性圖能直觀地反映出天線輻射能量集中程度、方向性圖越尖銳，表示輻射能量越集中，相反則能量分散。若天線將電磁能量均勻地向四周輻射，方向性圖就變成一球面，稱作無(wú)方向性，這就是一理想點(diǎn)源在空中輻射場(chǎng)。天線方向性圖可通過(guò)測(cè)試來(lái)繪制，如測(cè)得的是功率，即可繪出功率方向性圖，如測(cè)得的是場(chǎng)強(qiáng)，則繪出場(chǎng)強(qiáng)方向性圖，但兩者圖形形狀是完全一樣的。通常圖形方向性圖有多個(gè)葉瓣，其中最大輻射方向的是葉瓣，稱主瓣，其余稱副瓣(或旁瓣)。在方向性圖中主瓣信息是我們最關(guān)心的。

(1)方向性圖主瓣寬度

方向性圖主瓣寬度是指半功率點(diǎn)(功率下降為最大輻射方向功率一半之點(diǎn))之間寬度，它是由主瓣最大值“1”下降到“0.5”處兩點(diǎn)與零點(diǎn)連接形成的夾角，用2θ0.5來(lái)表示，如下圖所示。

(2)方向性圖主瓣零點(diǎn)角

如上圖所示，方向性圖主瓣零點(diǎn)角是指主瓣兩側(cè)零輻射方向之間夾角，用2θ0來(lái)表示。

(3)方向性圖副瓣零電平

方向性圖副瓣功率電平表示副瓣功率電平相對(duì)于主瓣功率電平的比值，一般用分貝(dB)來(lái)表示，即：

一般希望副瓣電平越低(即負(fù)值越大)越好。

※方向性系數(shù)

方向性圖雖然一定程度上反映了天線輻射狀態(tài)，但它是一個(gè)相對(duì)值，為了定量描述天線集中輻射程度，引進(jìn)了方向性系數(shù)這一概念。

方向性系數(shù)定義是：在同一距離及相同輻射條件下，某一天線最大輻射方向性上輻射功率密度Smax(或場(chǎng)強(qiáng)平方Emax)與無(wú)方向天線(點(diǎn)源)輻射功率密度S0(或場(chǎng)強(qiáng)平方E20)之比，用D來(lái)表示:

可見(jiàn)，方向性越尖銳的天線D越大，相反則D越小，若D=1，則表示為無(wú)方向性天線，是一個(gè)理想點(diǎn)源輻射場(chǎng)。

●天線效率

一般來(lái)說(shuō)構(gòu)成天線的導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)都有一定的能量損耗，輸入天線的功率不可能全部轉(zhuǎn)化為自由空間電磁波的輻射功率，我們把天線輻射功率Pr與天線輸入功率之比稱作天線效率，即：

ηa=Pr/Pi

通常微波天線的效率都很高，ηa接近于1.另外需要值得提出的是這里定義的天線效率并沒(méi)有包含因天線與饋線傳輸系統(tǒng)失配引起的損耗，如考慮到天線輸入端的反射系數(shù)Г，則天線總效率為：ηA=(1-|Г2|)x ηa

●增益系數(shù)(增益)

增益系數(shù)簡(jiǎn)稱增益，它的定義是：在同一距離及相同輸入功率的條件下，某一天線在最大輻射方向上的輻射功率密度Smax(或場(chǎng)強(qiáng)平方E2max)與無(wú)方向天線(理想點(diǎn)源)的輻射功率密度S0(或場(chǎng)強(qiáng)平方E20)之比，用G來(lái)表示。

即G=ηa﹒D

可見(jiàn)，增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換效率和方向性的參數(shù)，它是方向性系數(shù)與天線效率的乘積。在實(shí)際應(yīng)用中，天線增益系數(shù)與方向系數(shù)為重要的參量，盡管它們之間密切相關(guān)。對(duì)于微波面式天線，它們的轉(zhuǎn)換效率都很高，ηa=1，因此G=D。分析證明，對(duì)于微波面式天線，它的增益系數(shù)與天線口徑大小有如下關(guān)系：

式中：S為天線輻射口面的實(shí)際面積;ηe為口面利用系數(shù)，或稱口徑效率，它主要是由口面上電磁場(chǎng)振幅分布和相位分布決定的。當(dāng)口面分布均勻且同相時(shí)，ηe=1，可獲得最大增益，由上式可見(jiàn)：Se=S﹒ηe (Se稱為天線口徑有效面積)，對(duì)于無(wú)方向天線(理想點(diǎn)源)來(lái)說(shuō)，G=D=1，它的有效面積為：

增益系數(shù)一般用分貝來(lái)表示：GdB=10lgG(dB)

●天線阻抗

天線阻抗是指天線輸入端口向天線輻射口方向看過(guò)去的輸入阻抗，它取決于天線結(jié)構(gòu)和工作頻率。只有天線的輸入阻抗與饋線阻抗良好匹配時(shí)，天線的轉(zhuǎn)換效率才最高，否則將在天線輸入端口上產(chǎn)生反射，在饋線上形成駐波，從而增加了傳輸損耗。大多數(shù)天線輸入阻抗的匹配是在工程設(shè)計(jì)中采用近似計(jì)算，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，修正來(lái)確定的。

●天線極化

天線極化是指天線最大輻射方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度(E)矢量的取向。線極化是一種比較常用的極化方式，線極化由可分為“垂直極化和水平極化”，前者電場(chǎng)矢量與地面垂直，后者則與地面平行。

●頻帶寬度

天線所有的電參數(shù)都與工作頻率有關(guān)，當(dāng)工作頻率偏離中心頻率f0時(shí)，天線的電參數(shù)將變差。天線的頻帶寬度是指天線可以正常工作的頻率范圍，在這范圍內(nèi)天線的方向性圖、增益、阻抗等技術(shù)參數(shù)都在指標(biāo)允許的范圍內(nèi)變化。

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