天线的方向图定义为“天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形。大多数方向图是在远场区确定的, 井表示为方向坐标的函数。辐射特性包括辐射强度、场强、相位和极化”。

人们最关心的辐射特性是在半径一定的球面上,随着观察者位置的变化,辐射能量在三维空间的分布。

半径恒定时接收功率描绘的图形称为功率方向图,而在半径一定时,电场 (或磁场) 在空间随方向变化的图形称为场方向图。在大多数实际应用场合中, 几个 (方位角)值一定以 (俯仰角)为变量的方向图, 加上几个 值一定以 为变量的方向图, 可给出大部分必要的有用数据。

1. 各向同性、定向性和全向性方向图

各向同性辐射器是一种“在所有方向的辐射都相同的假想天线”。与之相对的是定向天线,“在不同方向辐射或接收电磁波的能力各不相同”。

上图是定向性天线的方向图。可以看出,在方位面是无方向性的,在俯仰面是有方向性的。这种方向图称为全向性方向图。全向性方向图是定向性方向图的一种特殊形式。

2. 主面方向图

人们常用 E 面和 H 面 (即主面) 的方向图来描述天线性能。对于线极化天线, “包含电场矢量和最大辐射方向的平面”定义为 E 面, “包含磁场矢量和最大福射方向的平面”定义为 H 面。

3. 方向图的波瓣

波瓣

方向图的各个部分叫做波瓣,它可细分为主瓣、副瓣、旁瓣和背瓣。辐射波瓣是“以辐射强度相当弱的方向为界限划分的方向图的各个部分”。

1. 主瓣和副瓣

主瓣

主瓣定义为包含最大辐射方向的辐射波瓣。可以有一个以上的主瓣。主瓣以外的波瓣都是副瓣

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副瓣

副瓣电平通常由所讨论的副瓣与主瓣功率密度之比来表示, 此比值通常叫做旁瓣比或旁瓣电平。

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2. 旁瓣

旁瓣

旁瓣是“在某个不需要的方向上出现的辐射波瓣” (通常是指在主波束所在半球内与主瓣毗邻的波瓣)。

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4. 场的分区

通常把天线周围的空间细分为三个区域:感应近场区、辐射近场区、远场区。跨过场区之间边界的时候,场结构没有急剧的突变,但是不同场区之间有着明显的差别。

感应近场区

感应近场区是感应场占支配地位,紧靠着天线周围的区域。

对于大多数天线,此区域的外边界为离天线表面的距离为,

感应近场区外边界距离计算式

为天线的最大尺寸; 为波长。

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辐射近场区

辐射近场区为感应近场区与远场区之间的区域, 这个区域内辐射场起主要作用,而且场的角向分布与距离有关。按照类似的光学术语,有时将在无限远处聚焦的天线的辐射近场区称为菲涅尔区。如果天线的最大尺寸远小于波长, 可以没有这种场区。

辐射近场区内边界距离为,

辐射近场区内边界距离计算式

为天线最大尺寸; 为波长

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外边界距离为,

辐射近场区外边界距离计算式

为天线最大尺寸; 为波长。

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