天线方向性

天线12.1 天线方向性

发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图用来描述天线在某指定平面上的方向性。

天线12.2 方向性增强

若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。

下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。

也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。

抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源。

天线12.3 波瓣宽度

方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a ,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或主瓣宽度或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角，见图1.3.4 b。

天线12.4 前后比

方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单：

F / B = 10 Lg {（前向功率密度）/（后向功率密度）}

对天线的前后比F / B有要求时，其典型值为 （18 ~30）dB，特殊情况下则要求达（35 ~ 40）dB。

天线12.5 近似计算式

1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：

G（dBi）= 10 Lg { 32000 / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}

式中， 2θ3dB,E 与 2θ3dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；

32000 是统计出来的经验数据。

2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：

G（dB i）=10 Lg { 4.5 ×（ D / λ0 ）2}

式中，D 为抛物面直径；

λ0 为中心工作波长；

4.5 是统计出来的经验数据。

3）对于直立全向天线，有近似计算式

G（ dBi ）= 10 Lg { 2 L / λ0 }

式中，L 为天线长度；

λ0 为中心工作波长；

天线12.6 上旁瓣抑制

对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。

天线12.7 天线的下倾

为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。

在特定方向上，辐射总功率相同时，辐射功率密度与各向同性天线的辐射功率密度的比值。当距离一定时，为最大辐射强度与平均辐射强度的比值。

《计量学名词》第一版。 2100433B