天線方向性指的是天線在不同平面的輻射電磁波場強,主要表現(xiàn)方法為天線的方向圖,天線的方向性是天線的主要研究方向。
天線的特性有:阻抗特性、方向特性、極化特性、帶寬特性。
天線的方向性以天線的方向圖和半功率波束寬度、第一零點波束寬度和副瓣電平來描述。
向性概念
全部無線電設備都依靠空間傳播的電磁波工作,而電磁波的發(fā)射或接收都要通過天線來實現(xiàn),根據(jù)IEEE標準,天線定義為“輻射或接收無線電波的裝置”,即天線是這樣一個部件:將電路中的高頻振蕩電流或饋線上的導行波有效地轉變?yōu)槟撤N極化的空間電磁波,并保證電磁波按所需的方向傳播(發(fā)射狀態(tài)),或將來自空間特定方向的某種極化的電磁波有效地轉變?yōu)殡娐分懈哳l振蕩電波或饋線上的導行波(接收狀態(tài))。所謂波的極化,是指在垂直于傳播方向平面內電場強度矢量E隨時間變化的方式,亦即電場矢量在空間的取向,上述定義表明天線具有以下特性:
阻抗特性
天線應能將高頻電流能量盡可能多地轉變?yōu)殡姶挪芰?,這首先要求天線是一個良好的“電磁開放系統(tǒng)”,其次要求天線與發(fā)射機(源)匹配或與接收機(負載)匹配。
方向特性
天線應使電磁波盡可能集中于所需的方向上,或對所需方向的來波有最大的接收。
極化特性
天線應能發(fā)射或接收規(guī)定極化的電磁波。
帶寬特性
天線應有足夠的工作頻帶。
原理
各種無線電設備對天線方向性的要求是千差萬別的,例如精密測量雷達要求天線輻射的電磁波集中在極小的空間立體角內,稱為“針狀波束”;通信基站和電視發(fā)射臺則要求電磁波在水平面內方向均勻輻射,即具有“全向性”,通常用方向圖和一些有關參數(shù)來描述不同的方向性。
方向性圖
天線輻射電磁場在以天線為中心,某一距離為半徑的球面上隨空間角度(包括方位角和俯仰角)分布的圖形,稱為輻射方向圖。球面的半徑,也就是場點到天線的距離必須滿足遠區(qū)條件。
因為天線方向圖一般呈花瓣圖。最大輻射方向兩側第一個零輻射方向線以內的波束稱為主瓣,與主瓣方向相反的波束稱為背瓣,其余零輻射方向間的波束稱為副瓣或旁瓣。
天線的三維方向圖比較形象,天線在整個空間的輻射分布可一目了然,但繪制繁難。
一般情況下不需要對空間每方向都仔細地研究,因此在天線的設計和測試中往往只采用兩個主平面上的二維方向圖來表征天線在整個空間的輻射情況,主平面一般是指通過天線對稱軸或最大輻射方向的兩個相互垂直的特殊平面,其選取方法視具體天線而異。
例如:對于絕大多數(shù)天線,最通用的是取與電場矢量平行的E面和與電場矢量垂直的H面。
半功率波束寬度、第一零點波束寬度
用方向圖來描述天線的方向性有時候不夠方便,因而常采用半功率波束寬度、第一零點波束寬度和副瓣電平等參數(shù)來表示天線輻射電磁場能量在空間的分布概貌。
半功率波束寬度(又稱波瓣寬度)是指方向圖的主瓣內功率密度等于最大功率密度的一半(或場強為最大值的0.707倍)的兩方向間的夾角。
第一零點波束寬度(又稱為主瓣張角)是指主瓣兩側第一個零點間的夾角。
副瓣電平是指副瓣最大值與主瓣最大值之比,通常用分貝來表示。