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天线方向图
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；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。

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
图3 归一化方向图。

天线方向图（AntennaPattern）天线方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

天线方向图是衡量天线性能的重要图形，可以从天线方向图中观察到天线的各项参数。

天线方向图分类1.在地面架设的线天线一般采用两个相互垂直的平面来表示其方向图。

即：水平面方向图和铅垂面方向图。

2.超高频天线通常采用与场矢量相平行的两个平面来表示，即E平面方向图，H平面方向图。

3.按照坐标的选择可分为：直角坐标方向图，极坐标方向图，立体方向图等。

天线的特性参数主要包括：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。

天线增益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。

增益的物理含义为了在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W 的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 /20 = 5W 。

换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。

不同用途的天线要求其有不同的方向性，阵列天线以其较强的方向性和较高的增益在工程实际中被广泛应用。

天线辐射方向图
天线辐射方向图（也称为天线方向图）是描述天线辐射能量随方向的分布情况的图形。

它通常以极坐标形式表示，其中天线的辐射强度在不同方向上的相对大小用不同的角度和射频功率的相对大小用不同的半径表示。

天线方向图是天线设计和评估性能的重要工具。

它可以通过测量或模拟来获得，以帮助理解天线的辐射特性，如辐射方向、辐射增益、辐射功率等。

天线方向图可以用于确定天线的主瓣宽度、辐射方向和辐射功率分布等参数，也可以用于优化天线设计，如改善天线方向性、提高辐射增益等。

在天线方向图中，主瓣表示天线辐射能量最强的方向，通常是指天线辐射能量达到最大值的方向。

副瓣表示天线在主瓣以外的其他方向上的辐射能量。

天线方向图还可以显示天线的波束宽度和旁瓣级别等信息。

根据天线的结构和工作原理的不同，天线方向图可以呈现出不同的形状和特性。

常见的天线方向图包括全向辐射天线（方向图呈球面对称）、定向辐射天线（主瓣较窄）、扇形辐射天线（主瓣较宽）等。

总之，天线辐射方向图是描述天线辐射能量在不同方向上的分布情况的图形，它对于天线设计和性能评估都具有重要的意义。

1.5.1二元天线阵二元天线阵是由两个同类型，同尺寸的天线组成。

我们以点来表示这两个天线单元，单元间距为d ，两单元激励电流分别为0I 和1I ，如图1-14所示并建立坐标系。

它们到远区观察点的距离分别为r 0和r 1。

由于观察点很远，可认为两条射线r 0和r 1平行。

图1-14 二元阵及坐标系不失一般性，设天线单元为对称振子，它们在远区某点产生的电场分别为01j 0000j 111160j (60j (r r I E e f r I E e f r ββ,),)θϕθϕ−−⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩ (1.88) 设这两个对称振子等长，并且是平行或共轴放置，则10(,)(,)f f θϕθ=ϕ。

二元阵总场为：01j j 10100001j60(,)[r r T e I e E E E I f r I r ββθϕ−−=+=+ (1.89)作远场近似：对幅度1/，对相位101/r r 1000ˆˆcos r r rzd r d θ=−=−i 。

并设 j 10/I I me α−= (1.90)式中m 为两单元电流的幅度比，α为两单元电流之间的相位差，若0α>，则1I 滞后于0I ；若0α<，则1I 超前于0I ；若0α=，则1I 与0I 同相位。

此时式(1.89)可写作j j(cos )00060j(,)[1r d T I E e f me r ββθαθϕ−−=+] 0j 00060(,)(1)r j I je f me r βψθϕ−=+0j j /20060j r T I e e f r βψ(,)θϕ−= (1.91a) 其模值为 0060||||||(,)T T I E f r θϕ=a (1.91b) 式中， 0(,)(,)(,)T f f f θϕθϕθ=ϕ (1.92) 对于对称振子 0cos(cos )cos()(,)sin l l f βθβθϕθ−=j /2j /2(,)()a f e me ψψθϕ−=+ (1.93)cos d ψβθ=α− (1.94)ψ为两个单元辐射场之间的相干相位差，由波程相差和馈电相位差合成。

天线方向图及归一化概念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 归一化方向图以下为实测的方向图（采用直角坐标系并归一化，单位为dB ）DEG1-1发垂直极化方位±8°方向图-1.5-1.2-0.9-0.6-0.30.00.30.60.91.21.5d BDEG1-7发垂直极化方位±3°测交叉极化方向图。