天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传达的电磁波,天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量(或场强)在空间各点散布的状况,它是描绘天线的主要参数之一。
天线的方向性图是一个立体图形,它的特性可以用两个相互笔直的平面(E平面和H平面)内方向性图来描绘。天线方向性图能直观地反映出天线辐射能量会集程度、方向性图越尖利,表明辐射能量越会集,相反则能量涣散。若天线将电磁能量均匀地向四周辐射,方向性图就变成一球面,称作无方向性,这便是一抱负点源在空中辐射场。天线方向性图可经过测验来制作,如测得的是功率,即可绘出功率方向性图,如测得的是场强,则绘出场强方向性图,但两者图形形状是彻底相同的。一般图形方向性图有多个叶瓣,其间最大辐射方向的是叶瓣,称主瓣,其他称副瓣(或旁瓣)。在方向性图中主瓣信息是咱们最关怀的。
方向性图主瓣宽度是指半功率点(功率下降为最大辐射方向功率一半之点)之间宽度,它是由主瓣最大值“1”下降到“0.5”处两点与零点衔接构成的夹角,用20.5来表明,如下图所示。
如上图所示,方向性图主瓣零点角是指主瓣两边零辐射方向之间夹角,用20来表明。
方向性图副瓣功率电平表明副瓣功率电平相关于主瓣功率电平的比值,一般用分贝(dB)来表明,即:
方向性图虽然某些特定的程度上反映了天线辐射状况,但它是一个相对值,为了定量描绘天线会集辐射程度,引进了方向性系数这一概念。
方向性系数界说是:在同一间隔及相同辐射条件下,某一天线最大辐射方向性上辐射功率密度Smax(或场强平方Emax)与无方向天线(点源)辐射功率密度S0(或场强平方E20)之比,用D来表明:
可见,方向性越尖利的天线D越大,相反则D越小,若D=1,则表明为无方向性天线,是一个抱负点源辐射场。
一般来说构成天线的导体和绝缘介质都有必定的能量损耗,输入天线的功率不可能悉数转化为自由空间电磁波的辐射功率,咱们把天线辐射功率Pr与天线输入功率之比称作天线功率,即:
一般微波天线的功率都很高,a接近于1.别的需求值得提出的是这儿界说的天线功率并没有包括因天线与馈线传输体系失配引起的损耗,如考虑到天线输入端的反射系数Г,则天线总功率为:A=(1-Г2)x a
增益系数简称增益,它的界说是:在同一间隔及相同输入功率的条件下,某一天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax(或场强平方E2max)与无方向天线(抱负点源)的辐射功率密度S0(或场强平方E20)之比,用G来表明。
可见,增益系数是归纳衡量天线能量转化功率和方向性的参数,它是方向性系数与天线功率的乘积。在实践使用中,天线增益系数与方向系数为重要的参量,虽然它们之间严密相关。关于微波面式天线,它们的转化功率都很高,a=1,因而G=D。剖析证明,关于微波面式天线,它的增益系数与天线口径巨细有如下联系:
式中:S为天线辐射口面的实践面积;e为口面利用系数,或称口径功率,它主要是由口面上电磁场振幅散布和相位散布决议的。当口面散布均匀且同相时,e=1,可获得最大增益,由上式可见:Se=S﹒e (Se称为天线口径有用面积),关于无方向天线(抱负点源)来说,G=D=1,它的有用面积为:
天线阻抗是指天线输入端口向天线辐射口方向看过去的输入阻抗,它取决于天线结构和作业频率。只要天线的输入阻抗与馈线阻抗杰出匹配时,天线的转化功率才最高,不然将在天线输入端口上发生反射,在馈线上构成驻波,然后增加了传输损耗。大多数天线输入阻抗的匹配是在工程设计中选用近似计算,然后经过试验丈量,修正来确认的。
天线极化是指天线最大辐射方向上的电场强度(E)矢量的取向。线极化是一种很常用的极化方法,线极化由可分为“笔直极化和水平极化”,前者电场矢量与地上笔直,后者则与地上平行。
天线一切的电参数都与作业频率有关,当作业频率违背中心频率f0时,天线的电参数将变差。天线的频带宽度是指天线可以顺畅作业的频率规模,在这规模内天线的方向性图、增益、阻抗等技能参数都在目标答应的规模内改变。
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