什么是天线方向图？

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什么是天线方向图？



天线方向图又叫辐射方向图（radiation pattern）、远场方向图（far-field pattern）。从方向图上面不能得到天线增益，由方向图得到的是方向系数。天线增益=方向系数 * 天线效率。所以 方向系数 大于 增益 是肯定的。



天线增益主要是通过方向图的测试而表现出来。这里有很多的种测试方向图的测试系统。也就是暗室。而在暗室的测试出来的结果，也只是一种和理想对称振子比较的的结果。都知道理想对称振子的增益为2.15dB。这样就可以根据测试电平的高低来计算出天线的增益。



G=D*N%.



而天线的效率一般情况下是没有百分百的，所以G<d 。在计算天线的方向系数D是，通常所采用的就是根据方向图上面表现出来的主瓣的波瓣宽度计算，如半功率波瓣宽度，也就是电平下降3dB是的波瓣宽度。



天线增益：



天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。



一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。



另外，表示天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。



天线方向图的特征参数：



为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。主要包括：主瓣宽度，旁瓣电平，前后比，方向系数等。


1、主瓣宽度：是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。通常取天线方向图主瓣两个半功率点之间的宽度。


2、旁瓣电平：是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣的电平，一般以分贝表示。


3、前后比：是指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比，通常以分贝为单位。


4、方向系数：在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比。



天线的方向图作图：



天线的方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个三维的空间图形，如图3.1所示。它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径r足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量相位，就得到相位方向图。若不另加说明，本书说述方向图均指场强振幅方向图。三维空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向图就行了。




图1 测量方向图的坐标



天线方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1°的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。图2所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。




图2方向图的表示法 (a)极坐标 (b)直角坐标



一般绘制方向图时都是经过归一化的，即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强E（θ，φ）/Emax，这里E（θ，φ）是任一方向的场强值，Emax是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图3所示为直角坐标中用归一化场强和分贝值表示的同一天线方向图。




图3 归一化方向图

姚小丫

天线方向图