
【計】 antenna pattern
天線方向圖(Antenna Radiation Pattern)是描述天線輻射能量空間分布特性的三維圖形化表示。該概念在無線電通信、雷達系統與衛星工程中具有核心應用價值,其英文術語為"radiation pattern"或"antenna pattern",國際标準定義包含以下關鍵維度:
1. 主瓣與旁瓣結構 主瓣(Main lobe)代表最大輻射方向,其波束寬度直接影響信號覆蓋範圍。旁瓣(Side lobe)作為次要輻射區域,過高的旁瓣電平會引發信號幹擾。例如抛物面天線的典型旁瓣電平需控制在-20dB以下(IEEE Std 145-2013)。
2. 極化特性表征 方向圖包含垂直極化與水平極化的分離圖示,雙極化天線的方向圖需通過瓊斯矩陣建模。這一特性在MIMO系統設計中直接影響信道容量。
3. 半功率波束寬度(HPBW) 定義為輻射強度下降3dB時的角度範圍,計算公式為: $$ HPBW = frac{70lambda}{D} $$ 其中λ為波長,D為天線孔徑尺寸(Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 第4版)。
工程應用參考:
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天線方向圖(Antenna Radiation Pattern)是描述天線輻射或接收電磁波能量在空間分布特性的圖形化表達,又稱輻射方向圖、遠場方向圖。以下是其核心要點:
基本概念
通過三維或二維極坐标/直角坐标系,展示天線主瓣(最大輻射方向)、旁瓣(非期望輻射方向)和零點(信號抑制區域)的分布特征。通常用兩個相互垂直的平面(如E面、H面)表示。
歸一化處理
方向圖常以相對場強或功率密度表示,如歸一化場強方向圖:
$$F(theta,phi) = frac{E(theta,phi)}{E{text{max}}}$$
歸一化功率方向圖:
$$p(theta,phi) = frac{P(theta,phi)}{P{text{max}}}$$
(來源:)
主瓣寬度
主瓣最大輻射方向兩側功率下降3dB(場強下降至約70.7%)時的夾角,反映天線指向性精度。
旁瓣電平與前後比
方向系數與增益
方向圖可推導方向系數(D),而天線增益(G)需結合效率(η):
$$G = D times eta$$
因效率通常小于1,故增益小于方向系數。
性能評估
方向圖用于分析天線覆蓋範圍、抗幹擾能力及與其他設備的兼容性。
測試方法
通常在微波暗室中測量遠場方向圖,通過對比理想振子(增益2.15dB)的電平差計算實際增益。
天線方向圖是天線設計的核心指标,通過圖形化參數揭示其輻射特性,直接影響通信系統的性能優化。如需更完整信息,可參考權威資料如搜狗百科()或專業文獻。
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