
【计】 directivity gain
aspect; bearing; direction; heading; orientation; way
【计】 direction; orientation
gain; plus
【计】 gain
【化】 gain
方向性增益(Directive Gain)是电磁学与天线工程中的核心概念,特指天线在特定方向上的辐射功率密度与理想全向辐射体(各向同性辐射源)在相同输入功率下的辐射功率密度之比。其英文对应术语为Directive Gain或Directivity,两者常被交替使用,但严格定义中“方向性”仅描述辐射方向特性,而“增益”包含天线效率因素(来源:IEEE Standard 145-2013)。
从物理意义分析,方向性增益的数学表达式为: $$ D(theta,phi) = frac{4pi U(theta,phi)}{P{text{rad}}} $$ 其中,( U(theta,phi) )表示天线的辐射强度,( P{text{rad}} )为总辐射功率。该公式量化了天线能量在空间中的聚焦能力,例如抛物面天线的方向性增益可达40 dBi以上(来源:MIT OpenCourseWare《天线理论与设计》)。
在工程应用中,方向性增益直接影响通信系统的性能指标:
需注意方向性增益与功率增益的区别:前者为理论最大值(忽略损耗),后者包含天线损耗因素。这一区别在微波射频电路设计中尤为重要(来源:ARRL《天线手册》)。
方向性增益是描述天线辐射能量集中程度的核心参数,其定义和特性可归纳如下:
基本定义
方向性增益指天线在特定方向上的辐射强度与参考天线(通常为理想全向天线)在相同输入功率下的辐射强度之比取对数后的值。它反映了天线将能量集中辐射到某一方向的能力,而非实际增加功率。
单位与计算
关键特性
与方向性系数的区别
方向性系数仅描述辐射能量的空间分布,而增益还包含天线损耗因素。理想无耗天线增益等于方向性系数。
应用意义
高方向性增益的天线适用于远距离定向通信(如卫星天线),但需牺牲覆盖范围;全向天线增益低(约0 dBi),适合广域覆盖场景(如Wi-Fi路由器)。
方向性增益是衡量天线能量集中辐射能力的指标,需结合方向图、效率及实际需求综合评估。
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