天线原理 天线基本参数
天线基本知识介绍
天线基本知识介绍天线是将电信号转换为电磁波并将其传输或接收的装置。
它是电磁学的一个分支，用于无线通信、电视和广播接收、雷达以及天体物理学研究等领域。
本文将对天线的基本知识进行介绍。
1.天线的作用和原理：天线的主要作用是将电信号转换为电磁波并将其辐射到空间中，或者将接收到的电磁波转换为电信号。
它的工作原理基于法拉第电磁感应定律和亥姆霍兹理论，即通过电流在导体中产生的磁场和由变化的磁场产生的感应电流来实现电磁波的辐射或接收。
2.天线的分类：天线可以根据其结构、工作频率、功率和应用等方面进行分类。
根据结构，天线可分为线性天线（如偶极子天线）、面型天线（如片极天线、光波导天线）和体型天线（如反射天线、波导天线）。
根据工作频率，天线可分为超高频、高频、甚高频、极高频和微波天线等。
根据功率，天线可分为小功率天线和大功率天线。
根据应用，天线还可细分为通信天线、雷达天线、电视天线、卫星天线和微波天线等。
3.天线参数：天线的性能取决于其设计参数。
常见的天线参数包括增益、方向性、波束宽度、驻波比、频率响应、极化方式和带宽等。
增益是天线辐射功率与等效输入功率之比，方向性衡量天线在一些方向上的辐射能力，波束宽度是主瓣的半功率宽度，驻波比是反射功率与输入功率之比，频率响应表示天线在不同频率下的性能表现，极化方式表示电磁波的电场分量与地面垂直或平行的相对方向，带宽表示天线能够工作的频率范围。
4.天线设计方法：天线的设计是一个综合考虑电磁学原理、工作频率和应用要求的过程。
常见的天线设计方法包括试验法、数值法和半经验法。
试验法通过制作实物天线并进行实际测量来调整参数和优化天线性能。
数值法使用计算机模拟和数值算法来预测和分析天线性能，例如有限元法、谱域法和时域法等。
半经验法结合实验和数值方法，通过经验公式和优化算法来设计天线。
5.天线应用：天线的应用非常广泛，涵盖了通信、广播、雷达、航天、医疗和科学研究等领域。
在通信领域，天线用于无线电通信、移动通信和卫星通信等。
天线原理与设计—第一章天线参数
1.2 天线主要的特性参数
圆极化和椭圆极化
对于两个相互垂直的线极化波，当他们幅度相同 相位相差 90°是形成圆极化波，当他们幅度不同 的时候，则形成椭圆极化波。他们根据旋转方向 不同，又分为左旋和右旋。
1.2 天线主要的特性参数
天线的极化
• 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致 时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极 化损失。 • 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正 交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化 的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆 极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量， 这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
辐射近场区的场以辐射场为主，但场随空间角度的分 布会随 R 的变化而变化，场的径向分量也有可能较大。 这一区域的范围一般定义为 （D > ）。 当天线的尺寸与波长相比很小时，这一区域可能不存 在。对于聚焦于无穷处的天线，这一区域也称为菲涅 耳(Fresnel)区。 远场区则是我们最关心的区域，我们的测量几乎都必 须在这个区域内进行。
1.1 空间源产生的场
L=lambda/2
L=3*lambda/2
1.1 空间源产生的场
一般根据R的变化可以将空间分为感应近场区、辐射近 场 区 （ 菲 涅 耳 区 Fresnel ） 和 远 场 区 （ 夫 琅 和 费 Fraunhofer）三个区，如图所示。
1.1 空间源产生的场
感应近场区的场主要是感应场，其外边界一般定义 为 ，其中，D为天线的最大尺寸，为 工作波长。如果天线是非常短的偶极天线，其外边界 定义为 。。
1.2 天线主要的特性参数
主瓣宽度
场强从主瓣最大值下降到最大值的0.707倍或功率从 主瓣的功率最大值下降到主瓣功率最大值一半时两 点之间的角度 主瓣宽度通常指方向 图某个截面内的主瓣 宽度。如果天线方向 图不是旋转对称的 ， 则各个截面内的主瓣 宽度不等。一般情况 下主要考虑 E 面和 H 面 内的主瓣宽度。
TD-LTE天线基础-天线原理及参数
波长
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天线原理
• 什么是天线？ • 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号 • 无线通讯系统的关键组成部分之一，选择天线性能直接影响 整个通讯系统的运行状态。
后向功率
前向功率
F/B = 10 log(前向功率/后向功率） typically ： 25dB
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天线电参数-集束天线、多频天线
集束天线
多频天线
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天线电参数-集束天线、多频天线
• 3G在实施过程中,寻找新的 基站将会较2G更加困难,且 租金日益昂贵
• 由于环保意识的加强,居民 和团体更加不愿看到更多 的天线架设在其周边环境
• 当天线下倾角超过10度时,天线方向图会严重变 形,此时宜选用带电调下倾的天线
无下倾
电调下倾
机械下倾
城区天线常选用(固定)电子下倾+机械下倾的下倾方式
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天线电参数-下倾方式
• 下倾技术的主要目的是倾斜主波束以降低朝邻 覆盖区域的辐射电平。在这种情况下，虽然在 区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载 波电平降低更多。
面Hale Waihona Puke 未来的教育技术企业BeiJing Huatec Information Technology CO.,LTD
天线基础
讲师：张强
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课程内容
天线原理及参数
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(完整版)天线原理介绍
可能产生的三阶交调 频段（MHz） 860~890
916~973
925~940 948~966 1785~1845 1830~1860 2115~2160 2095~2140
可能产生的五阶交调 频段（MHz） 850~900
897~992
920~945 942~972 1765~1865 1820~1870 2100~2175 2080~2155
900MHz： 最小： 3m
建议：6m 1800MHz： 最 小 ： 2m
建议：4m
天线原理—天线基本概念
应用 环境
密集建筑区 (室内)
密集建筑区 (室外)
一般城镇 (室内)
一般城镇 (室外)
农村
极化分集 增益(dB)
空间分集 增益(dB)
3.7
5.0
4.7
3.3
4.0
3.7
5.7
4.7
2.7
5.3
可靠性能的测试
振动试验
风洞试验
天线指标测试
高低温湿热试验
汽车模拟试验
淋水试验
Thanks!
结论
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶不落入到Rx的接收 范围，五阶落入到Rx的
接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
天线原理—天线基本概念
前后比较差
前后比较好
天线原理—天线基本概念
实际站点的后瓣、旁瓣信号过强的原因分析
1、天线本身指标不合格，前后比、旁瓣不理想 2、扇区规划不合理、主方向反射、折射严重（如玻璃外墙阻挡、金属物质遮挡等）
天线基本原理及室分天线介绍
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3、壁挂天线
该款天线主要应用于室分定向， 一般室分场景考虑信号外泄， 可考虑安装定向天线取代全向 天线。
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4、排气管天线
该款天线为定向天线，天线增 益很高，水平方向角较大，方 向性好，根据前期工程经验， 可用于覆盖站点周边较远距离 道路及城中村、别墅区等低层 住宅，能达到良好覆盖效果。
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2、新型射灯天线
该款天线为美化双极化射灯天线， 目前主要应用于小区综合覆盖及室 分外打兼顾覆盖道路，特别是在小 区综合覆盖中，因其美化隐蔽性高、 水平及垂直方向角都较传统射灯约 小一半，且增益较高（15dBi）， 能有效控制室分信号外泄，且较高 增益能满足室内深度覆盖需求。该 天线体积小，安装灵活，调整方向 及下倾角方便，在一些室分外打场 景应用中，对于楼层较高而又有室 分外打需求的，建议用该款天线替 代基站大板状或排气管天线，可有 效控制天线覆盖范围而避免越区覆 盖问题。
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2.4 天线辐射参数－极化
无线电波振动的平面称为它的极化面
垂直方式
水平方式
+ 45斜角
- 45斜角
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2.7 天线辐射参数－旁瓣抑制、零点填充、波束下倾角
上旁瓣 (dB)
下旁瓣 (dB)
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2.7 天线辐射参数－驻波比
驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1， 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部 发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1， 则表示有一部分 电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电波在发 射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--天线工作原理与主要参数一、天线工作原理与主要参数<BR>天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。
合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。
(一)天线的作用<BR>各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。
任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。
所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。
当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。
但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。
只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。
天线的另一个作用是”能量转换”。
大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。
反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。
显然这里有一个转换效率问题。
天线增益越高，则转换效率就越高。
(二)天线的分类<BR>天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。
此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。
<BR>为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。
天线知识培训
天线知识培训一、天线基本原理天线是无线通信系统中的重要组成部分，负责将电磁波传输和接收。
天线能够将电流元转换为电磁波，或者将电磁波转换为电流元。
其基本原理基于电磁波的传播和辐射。
二、天线类型与用途1. 按照工作频段：可分为超长波、长波、中波、短波、超短波以及微波等类型。
2. 按照方向性：可分为全向和定向天线。
3. 按照增益：可分为无源和有源天线。
4. 按照结构：可分为线天线和面天线。
不同类型的天线有不同的用途，例如长波天线用于通信和导航，短波天线用于电报通信和广播，超短波天线用于电视、雷达和移动通信等。
三、天线参数与性能1. 阻抗：天线的输入阻抗应与信号源的输出阻抗相匹配，以实现最佳传输效果。
2. 方向图：表示天线接收和辐射电磁波的方向和强度。
3. 增益：表示天线辐射或接收电磁波的能力，与天线的尺寸、形状和材料有关。
4. 带宽：表示天线的工作频率范围。
5. 极化：表示电场矢量的方向，影响着天线的性能。
四、天线辐射与传播天线的辐射原理是将电磁能转化为向空间发散的电磁波，或者将空间中的电磁波转化为电流元。
电磁波在传播过程中受到各种因素的影响，如空气阻力、地面反射等，形成不同的传播模式。
五、天线材料与工艺天线的材料和工艺对其性能有着重要影响。
常用的天线材料包括铜、铝、铁等金属材料，以及塑料、陶瓷等非金属材料。
工艺方面，需要考虑天线的精度、防腐、防水等因素。
六、天线设计与优化天线的设计过程需要考虑诸多因素，如阻抗匹配、增益、方向图、极化等。
现代计算机辅助设计软件的应用使得天线的优化设计成为可能，通过对天线结构、尺寸和材料等因素的调整，可以得到最佳的性能表现。
七、天线测量与调试天线的性能需要通过实际测量来评估。
测量内容包括阻抗、方向图、增益、极化等。
一旦发现性能不佳，需要进行调试，调整天线的结构、尺寸或工作参数等，以实现最佳性能。
八、天线干扰与防护天线在使用过程中可能会受到各种干扰，如其他电磁波的干扰、雷电的袭击等。
第五章 天线基本原理与技术
电子科技大学电子工程学院 电子科技大学电子工程学院
微波技术与天线
第五章 天线基本原理与技术
辐射电阻R 辐射电阻RΣ：
辐射电阻定义: 某电阻上通过电流等于天线上的最大电流， 辐射电阻定义: 某电阻上通过电流等于天线上的最大电流， 若其损耗的功率等于天线的辐射功率 ，则该电阻值即为该天 PΣ 线的辐射电阻。 线的辐射电阻。
F (θ , ϕ ) = sin θ 由坡印廷矢量表达式， 功率方向函数 P (θ , ϕ ) ：由坡印廷矢量表达式，知 v2 v 1 v E v v∗ S = Re[ E × H ] ⇒ S = 2 2η
∴ P (θ , ϕ ) = F (θ , ϕ )
23:28
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电子科技大学电子工程学院 电子科技大学电子工程学院
说明： 说明：
β = ω u 0ε 0
Idl Eθ = j 60π sin θe − jβr λr ⇒ H = j Il sin θe − jβr ϕ 2λr
(TEM)波 1）远区场电场、磁场相互正交，相位相同：横电磁 (TEM)波 远区场电场、磁场相互正交，相位相同：
v 1 v 电磁波沿径向传播 2）S av = Eθ H ϕ er 电磁波沿径向传播 2
第五章 天线基本原理与技术
5.4.4 天线方向系数与增益 一、 方向系数D 方向系数D
在离天线某一距离处， 定义： 在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐 定义： 相同辐射功率在理想无方向性天线在同一 射功率流密度S 射功率流密度Smax，与相同辐射功率在理想无方向性天线在同一 位置处的辐射功率流密度S 之比： 位置处的辐射功率流密度S0之比： 即
5.4 天线的电参数
5.4.1 天线方向性特性参数 一、方向函数
天线原理天线基本参数
➢1. 半功率波瓣宽度（Half-power Beamwidth） 半功率波瓣宽度又称主瓣宽度或3dB波瓣宽度，是指
主瓣最大值两边场强等于最大值的0.707倍（最大功率密 度下降一半）的两辐射方向之间的夹角，通常用20.5表示。
➢主况为22瓣下20.θ表零主宽，0示.功瓣度天5E。和率最又线2波大称的θ瓣值E为0面.宽两半5H和度边功。H（两面率F个方波ir零向束st 辐图宽Nu射的度ll 方主或Be向瓣3adm之宽B波w间度i束d的不t宽h夹等）度角，。，可一通分般常别情用记
面，此面上0，方向函数为 FEsin。而H面为XOY 平面，此面上 2，方向函数为FH1。
西安电子科技大学
第三章 天线基本参数
§ 3.3 方向图参数
实际天线或者阵 列天线的方向图比较 复杂，通常有多个波 瓣，包括主瓣（主波 束）、多个副瓣（旁 瓣）和后瓣（尾瓣）， 如图所示。
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第三章 天线基本参数
A 0 与方向无关的常数
f(,) E(,)
A0
f (,) 就是场强方向图函数，并且只是 , 的函数
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第三章 天线基本参数
以基本电振子为例，其辐射电场强度可以表示成： 分量表达式
E r ,, 6 r I0 s l i n 6 r If0 ,
方向性函数定义为：
f,E 6 r,I0 ,r lsin
天线与微波技术 科技重点实验室
第三章 天线基本参数
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第三章 天线基本参数
1、方向性函数 2、方向图（Radiation Pattern） 3、方向图参数 4、方向系数（Directivity） 5、天线效率 6、增益（Gain）
7、极化（Polarization） 8、有效长度 9、输入阻抗（Input Impedance） 10、辐射阻抗（Radiation Resistance） 11、频带宽度（Bandwidth)
（完整word版）天线基本原理
（完整word版）天线基本原理第⼀讲天线基本原理⼀、天线的基本概念1．天线的作⽤在任何⽆线电通信设备中，总存在⼀个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。
天线的作⽤就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间⽆线信道，或从空间⽆线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产⽣的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何⼀点的电磁场满⾜电磁场⽅程——麦克斯韦⽅程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的⼀种特殊形式。
从信号系统的⾓度出发，天线问题可以理解为考察由⼀个电磁波激励源产⽣的电磁响应特性。
从通信系统的⾓度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的⽆线电信号强度满⾜通道传输⽅程和多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采⽤不同的模型，对天线可以有不同的理解。
典型的模型⽐如：●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔，⽆线电视或电台接收机，为什么能构成⼀个天线，其电流回路在什么地⽅？●开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励⾼次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。
在⼀盆⽔中形成机械波纹，可以使⽤点激励源产⽣波，并在⽔⾯上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关⽽与波源⽆关。
将⼀个⾁包⼦扔出去，这个⾁包⼦可能产⽣不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地⽅了，都与扔包⼦的⼈不再有任何关系。
⽽对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以是真空。
[思考] 电磁波具有波粒⼆象性。
频率越低，波动性越强；频率越⾼，粒⼦性越强。
所以光波主要表现出粒⼦性，⽽长波表现出波动性。
天线的基本参数
天线的基本参数1.1天线得基本参数从左侧得传输线得⾓度瞧,天线就是⼀个阻抗(iｍpedance)为Ｚ得2终端电路单元(２-tｅrｍｉｎａl ｃircuit eｌement),其中Z包含得电阻部分(resｉｓｔｉv ｅpｏneｎｔ)被称为辐射电阻(radiａtionｒesｉstａnce,Ｒr);从右侧得⾃由空间⾓度来瞧,天线得特征可以⽤辐射⽅向图(radiatiｏn paｔteｒn)或者包含场量得不等于天线材料⾃⼰得电阻,⽽就是天线、天线所处得环境(⽐如温度)⽅向图。
Rｒ与天线终端得综合结果。
影响辐射电阻Ｒr得还包括天线温度(antｅnnａtemｐｅratuｒｅ,T A)。
对于与天线材料本⾝得温度⼀点都没有关系,⽽就是与⾃⽆损天线来说,天线温度TＡ由空间得温度有关。
确切地说,天线温度与其说就是天线得固有属性,还不如说就是⼀个取决于天线“瞧到”得区域得参数。
从这个⾓度瞧,⼀个接收天线可以被视作能遥感测温设备。
辐射电阻Ｒr与天线温度T A都就是标量。
另⼀⽅⾯,辐射⽅向图包括场变量或者功率变量(功率变量与场变量得平⽅成正⽐),这两个变量都就是球体坐标θ与Φ得函数。
1.2天线得⽅向性(D,Dｉreｃｔiviｔy)与增益(G,Ｇaｉｎ)D=4π／ΩA,其中ΩA就是总波束范围(或者波束⽴体⾓)、ΩA由主瓣范围(⽴＋副瓣范围(⽴体⾓)Ωm。
体⾓)ΩＭ如果就是各向同性得(isotropic)天线,则ΩA＝4π,因此Ｄ=１。
各向同性天线具有最低得⽅向性,所有实际得天线得⽅向性都⼤于１。
如果⼀个天线只对上半空间辐射,则其波束范围ΩA＝2π,因此Ｄ=4π/2π=2=３.0１ｄBｉ、简单短偶极⼦具有波束范围ΩA=2.6７πsr,与定向性D=１、５(1、76dBi)。
如果⼀个天线得主瓣在θ平⾯与Φ平⾯得半功率波束宽度HＰＢＷ都就是２0度,则D=4πsr/ΩA sr=４1００0ｄeg２/(20ｄeｇ)*(20 deｇ) ≈１03≈20dBi(ｄB ovｅr ｉsｏtrｏｐic)。
天线基本参数
天线基本参数天线，又称为空间声纳，是一种收发无线电波的装置，由一组可以发送或接收无线电波的元件组成，常用来作为无线通信系统中换能器。
天线作为无线通信系统中的重要组件，能够将空气中的无线电波转换为电能，也可以将电能转换为无线电波，从而实现无线通信的传播和接收。
天线的关键参数包括频率，增益，材料，波束形状，以及电阻，相位匹配等。
其中，频率是指天线所能接收或发射的无线电波的频率范围，增益是指天线在接收或发射无线电波时能够提供的能量增益。
材料是指用于制造天线的材料，波束形状是指天线接收或发射无线电波时能够形成的波束形状。
电阻是指在接收或发射无线电波时，天线能够抗电流的能力，而相位匹配则是指天线能够在接收或发射无线电波时能够匹配电路的潮流相位。
从天线的构造来看，分为端面天线、块面天线，元件天线和线性天线等，它们各自具有不同的特性。
端面天线由一个面板组成，其增益较低，最大特点是小而轻。
块面天线是由多个端面天线排列制成，增益较高，广泛应用于高频应用。
元件天线是由单独的元件组成，其增益比较高，常用于PLL、数据采集等应用。
线性天线是由一条线缆和一组晶体管组成，增益较低，使用频率范围较宽，常用于电台和全球定位系统等应用。
另外，天线的阻抗有中阻抗和终端阻抗，中阻抗是指天线输入端与发射端之间的电阻，而终端阻抗是指天线输入端与负载之间的阻抗，两者都是需要匹配的，只有当两个参数都能达到匹配，天线才能够正常发挥作用。
此外，天线往往会受到环境影响，包括气溶胶、地形和空气湿度等。
空气湿度会影响天线的传输效果，当湿度较高时，天线效果会受到影响，反之，如果空气湿度较低就不容易受到影响。
另外，气溶胶会影响天线的传输效果，当气溶胶较多时，天线传输效果会受到影响，反之，如果气溶胶较少就不容易受到影响。
以上就是关于天线基本参数的介绍，从频率、增益、材料、波束形状、电阻、相位匹配等参数来看，天线的参数都是非常重要的，这些参数都会直接影响到天线的性能。
天线基本参数说明
天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。
这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。
【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。
它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。
所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。
天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。
【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。
实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。
在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。
最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。
有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。
【波瓣宽度】有时也称波束宽度。
系指方向性图的主瓣宽度。
一般是指半功率波瓣宽度。
当L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。
L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。
因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。
所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。
【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。
为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。
任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。
按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。
通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。
第1章 天线的基本参数
5
1.2 方向图参数
西安电子科技大学
图 1-6 沿 z 向（θ = 0 ）辐射最强的定向天线的三维场波瓣图
1.3 对方向图的要求
对不同的用途，要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射天线、移动 通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性
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《天线原理》讲义
邹艳林 郭景丽
以提高天线增益，如图1-9(a)；对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接 收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，如图1-9(b)；对搜索雷达、警戒雷达 天线则要求天线方向图为扇形波束，如图1-9(c)等。
对于低副瓣天线来说，半功率波瓣宽度越窄，方向图越尖锐，天线辐射能量 就越集中，或接收能力越强，其定向作用或方向性就越强。但对于高副瓣天线（副 瓣电平接近于主瓣情况），半功率波瓣宽度这一指标就不能说明天线的辐射集中 程度，也不能说明天线的方向性强弱。
许多天线方向图的主瓣是关于最大辐射方向对称的，如图1-7所示，因此，
辐射特性包括：辐射场强、辐射功率、相位和极化。
1.1 方向图分类
按空间维数分：三维立体方向图、二维平面方向图； 按坐标系分：平面直角坐标系方向图、极坐标系方向图； 按主截面分：E面方向图、H面方向图； 按不同对象分：场强方向图、功率方向图、相位方向图和极化方向图 这里主要涉及场强和功率方向图，相位和极化方向图在特殊应用中采用。例 如，在天线近场测量中，既要测量场强方向图，也要测量其相位方向图。 天线方向图的绘制可通过两个途径：一是由理论分析得到天线远区辐射场， 从而得到方向图函数，由此计算并绘制出方向图；一是通过实验测得天线的方向 图数据并绘出方向图。
1.3 天线基本电学参数
功率方向函数与归一化方向函数关系为： , F2 ,
方向系数 D
定义
相同距离，相同辐射功率条件下， D pmax
E2 max
天线最大辐射功率密度 Pmax和无 方向性天线(点源）的辐射功率密
p0 P相同
E2
0
P 相同
度P0 之比。
阻抗匹配 输入阻抗决定匹配状况：最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻 且等于馈线的特性阻抗，这时:
馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波(等于馈线的特性阻抗); 天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓(纯电阻)； 移动通信天线一般要求输入阻抗为50Ω。
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方向图,主瓣宽度与旁瓣电流
一般天线有多瓣，区分E及H用下标
方向图,主瓣宽度与旁瓣电流
旁瓣最大值
旁瓣电平：
FSLL
10
lg
p2 p1
20
lg
E2 E1
主瓣最大值
栅瓣：在不希望的方向上出现的与主瓣相当电平的瓣 ★ ★ 现代阵列天线设计的重要指标，栅瓣抑制技术（稀疏布阵技术）
DdB 10lg D
效率
Pin PG (1 | |2 )
PG
PG
2PG
定义：A P / Pin P / P Pd
效率
Pd :损耗功率
天线铜耗 加载元件 接地
由Rd 吸收,则 R d
2 Pd
I
2 A
天线某点电流
A
R R Rd
效率
中波长波(百米)天线电尺寸很小 因此 R 很小 ≪ Rd 故h很小(百分之几)
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F,fm fa ,x , E E r,m , ax
基本振子
基本电振子的归一化方向性函数为：
F,sin
对于一个理想的点源，其辐射场是无方向性的，在相同 距离处，任何方向场强大小均相等，归一化方向性函 数 F,1。
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第三章 天线基本参数
功率通量密度 也就是复坡印廷矢量的幅值
归一化功率方向图
副瓣方向通常是不需要辐射或接收能量的方向。因此， 天线副瓣电平愈低，表明天线在不需要方向上辐射或接收 的能量愈弱，或者说在这些方向上对杂散的来波抑制能力 愈强，抗干扰能力就愈强。因此，在天线设计中常有低副 瓣设计要求如基站的上旁瓣、雷达天线。 ➢4. 前后比
主瓣最大值与后瓣最大值之比，用分贝表示。
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面，此面上 0，方向函数为 FEsin。而H面为XOY 平面，此面上 2，方向函数为FH1 。
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第三章 天线基本参数
§ 3.3 方向图参数
实际天线或者阵 列天线的方向图比较 复杂，通常有多个波 瓣，包括主瓣（主波 束）、多个副瓣（旁 瓣）和后瓣（尾瓣）， 如图所示。
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幅度 分贝
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第三章 天线基本参数
2.立体方向图（三维）
半波对称振子与基本电 振子的方向图区别？
变化 和 得到的方向图为立体方向图，它综合描述了
天线在各个方向上的辐射情况。 下图是基本电振子的立体
方向图。
(a)7元八木天线
(b)三维球坐标 场强方向图
基本电振子的3D方向图
(c)三维直角坐标 场强方向图
f,E6 r,I0,rlsin
对 称 振 子 ： E j6 0 r I m e j rc o s (lc o s s i n ) c o s (l)
对称振子的方向图函数为 f()cos(lco ssin)cos(l)
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第三章 天线基本参数
为便于比较，通常采用归一化方向性函数F,来表示，
辐射方向图
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第三章 天线基本参数
§ 3.1 方向性函数 任何天线辐射的电磁波都不是均匀平面波，其辐射场
都具有方向性。所谓的方向性函数，就是在相同距离的条
件下天线的辐射场的相对值与空间方向,的关系，一般
用 f,来表示。
天线在空间任意方向 ( , ) 的电场强度 E ( , ) 的大小
天线与微波技术 科技重点实验室
第三章 天线基本参数
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第三章 天线基本参数
1、方向性函数 2、方向图（Radiation Pattern） 3、方向图参数 4、方向系数（Directivity） 5、天线效率 6、增益（Gain）
7、极化（Polarization） 8、有效长度 9、输入阻抗（Input Impedance） 10、辐射阻抗（Radiation Resistance） 11、频带宽度（Bandwidth)
可以表示为：
E(,)A0f(,)
A 0 与方向无关的常数
E(,) f (,)
A0
f ( , ) 就是场强方向图函数，并且只是 , 的函数
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第三章 天线基本参数
以基本电振子为例，其辐射电场强度可以表示成： 分量表达式
E r,, 6 r I0 s l i n 6 rI0 f,
方向性函数定义为：
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第三章 天线基本参数
3. E面、H面方向图
圆极化天线没 有E面和H面？
E面—包含最大辐射方向的电场矢量所在的平面。用E 面去截取立体方向图，则得到E面方向图。
H面—包含最大辐射方向的磁场矢量所在的平面。用H 面去截取立体方向图，则得到H面方向图。
对于基本电振子，E面是包含z轴的任一平面，例如XOZ平
第三章 天线基本参数
➢1. 半功率波瓣宽度（Half-power Beamwidth） 半功率波瓣宽度又称主瓣宽度或3dB波瓣宽度，是指
主瓣最大值两边场强等于最大值的0.707倍（最大功率密 度下降一半）的两辐射方向之间的夹角，通常用2 0.5 表示。
➢主况为22瓣下20.θ表零主宽，0示.功瓣度天5E。和率最又线2波大称的θ瓣值E为0面.宽两半5H和度边功。H（两面率F个方波ir零向束st 辐图宽Nu射的度ll 方主或Be向瓣3adm之宽B波w间度i束d的不t宽h夹等）度角，。，可一通分般常别情用记
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第三章 天线基本参数
天线方向图的定义：
天线辐射方向图或天线方向图
定义为“天线的辐射参量随空间坐 标的变化图形”，辐射参量包括天 线辐射的功率通量密度、场强、相 位和极化。
通常天线方向图在远场区确定， 并表示为空间方向坐标的函数—— 方向（图）函数，此时方向图的形 状就与距离无关。一般我们最关心 的是功率方向图和场强方向图。
第三章 天线基本参数
不同用途要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射 天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图， 而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益，见下图(a)；
对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途 的天线，要求为笔形波束方向图，见下图(b)；
§ 3.2 方向图（Radiation Pattern）
将方向性函数以曲线方式描绘出来，称之为方向图。 它是描述天线辐射场在空间相对分布随方向 变化的图形。 通常指归一化方向图。
1.方向图分类
二维方向图
三维方向图
极坐标方向图 直角坐标方向图 球坐标方向图 直角坐标方向图
主平面：E 面方向图、 H面方向图
P(,) S(,) Sm(0,0)
显然可得功率归一化方向图与场强归一化方向图的关系：
P(,)F2(,)
分 F ( 贝 ,) 2 ： l0 F g ( ,) dB
F(,) P(,)
dB
dB
P (,) 1 lP g 0 (,) 1 lF g 0 2 (,)
dB
西安电. 副瓣电平（Side Lobe Level）
定义：副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般用分贝表示，
即：
SLL 1l0gW m2l0gEm
W s
Es
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第三章 天线基本参数
通常，最靠近主瓣的第一个副瓣是所有副瓣中最大的， 为衡量辐射功率集中于主瓣的程度，引入第一副瓣电平 （First Side Lobe Level）的概念，它是第一副瓣最大值 与主瓣最大值之比。副瓣电平通常指第一副瓣电平。