
【计】 antenna pattern
天线方向图(Antenna Radiation Pattern)是描述天线辐射能量空间分布特性的三维图形化表示。该概念在无线电通信、雷达系统与卫星工程中具有核心应用价值,其英文术语为"radiation pattern"或"antenna pattern",国际标准定义包含以下关键维度:
1. 主瓣与旁瓣结构 主瓣(Main lobe)代表最大辐射方向,其波束宽度直接影响信号覆盖范围。旁瓣(Side lobe)作为次要辐射区域,过高的旁瓣电平会引发信号干扰。例如抛物面天线的典型旁瓣电平需控制在-20dB以下(IEEE Std 145-2013)。
2. 极化特性表征 方向图包含垂直极化与水平极化的分离图示,双极化天线的方向图需通过琼斯矩阵建模。这一特性在MIMO系统设计中直接影响信道容量。
3. 半功率波束宽度(HPBW) 定义为辐射强度下降3dB时的角度范围,计算公式为: $$ HPBW = frac{70lambda}{D} $$ 其中λ为波长,D为天线孔径尺寸(Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 第4版)。
工程应用参考:
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天线方向图(Antenna Radiation Pattern)是描述天线辐射或接收电磁波能量在空间分布特性的图形化表达,又称辐射方向图、远场方向图。以下是其核心要点:
基本概念
通过三维或二维极坐标/直角坐标系,展示天线主瓣(最大辐射方向)、旁瓣(非期望辐射方向)和零点(信号抑制区域)的分布特征。通常用两个相互垂直的平面(如E面、H面)表示。
归一化处理
方向图常以相对场强或功率密度表示,如归一化场强方向图:
$$F(theta,phi) = frac{E(theta,phi)}{E{text{max}}}$$
归一化功率方向图:
$$p(theta,phi) = frac{P(theta,phi)}{P{text{max}}}$$
(来源:)
主瓣宽度
主瓣最大辐射方向两侧功率下降3dB(场强下降至约70.7%)时的夹角,反映天线指向性精度。
旁瓣电平与前后比
方向系数与增益
方向图可推导方向系数(D),而天线增益(G)需结合效率(η):
$$G = D times eta$$
因效率通常小于1,故增益小于方向系数。
性能评估
方向图用于分析天线覆盖范围、抗干扰能力及与其他设备的兼容性。
测试方法
通常在微波暗室中测量远场方向图,通过对比理想振子(增益2.15dB)的电平差计算实际增益。
天线方向图是天线设计的核心指标,通过图形化参数揭示其辐射特性,直接影响通信系统的性能优化。如需更完整信息,可参考权威资料如搜狗百科()或专业文献。
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