天线理论 - 辐射方向图

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辐射是指天线发射或接收波前的术语，用于指定其强度。在任何图示中，用来表示天线辐射的草图就是它的辐射方向图。通过查看天线的辐射方向图，可以简单地了解天线的功能和方向性。

当功率从天线辐射时，它在近场和远场区域都有影响。

• 在图形上，辐射可以绘制成天线角度位置和径向距离的函数。

• 这是天线辐射特性的数学函数，表示为球坐标的函数，E(θ, Ø) 和 H(θ, Ø)。

辐射方向图

天线辐射的能量由天线的辐射方向图表示。辐射方向图是辐射能量在空间分布的图表表示，它是方向的函数。

让我们看一下能量辐射的模式。

上图显示了偶极天线的辐射方向图。辐射能量由特定方向的图案表示。箭头表示辐射方向。

辐射方向图可以是场型图或功率型图。

• 场型图绘制为电场和磁场的函数。它们绘制在对数刻度上。

• 功率型图绘制为电场和磁场幅度平方的函数。它们绘制在对数刻度上，通常绘制在dB刻度上。

三维辐射方向图

辐射方向图是一个三维图形，在球坐标 (r, θ, Φ) 中表示，假设其原点位于球坐标系的中心。它看起来像下图所示：

给出的图像是全向图的三维辐射方向图。这清楚地表明了三个坐标 (x, y, z)。

二维辐射方向图

二维方向图可以通过将三维方向图划分成水平面和垂直面来获得。这些生成的图案分别称为水平方向图和垂直方向图。

这些图显示了如上所述的H平面和V平面中的全向辐射方向图。H平面表示水平方向图，而V平面表示垂直方向图。

瓣的形成

在辐射方向图的表示中，我们经常遇到不同的形状，这些形状指示主要的和次要的辐射区域，从而可以知道天线的辐射效率。

为了更好地理解，请考虑下图，它表示偶极天线的辐射方向图。

这里，辐射方向图具有主瓣、旁瓣和后瓣。

• 辐射场的主要部分，覆盖较大面积的部分，是主瓣或主要瓣。这是存在最大辐射能量的部分。该瓣的方向指示天线的方向性。

• 图案的其他部分，辐射向侧面分布的区域称为旁瓣或次要瓣。这些是功率浪费的区域。

• 还有一个瓣，与主瓣的方向正好相反。它被称为后瓣，也是一个次要瓣。即使在这里，相当数量的能量也会浪费。

示例

如果雷达系统中使用的天线产生旁瓣，则目标跟踪将变得非常困难。这是因为这些旁瓣指示虚假目标。追踪真实目标并识别虚假目标是一件混乱的事情。因此，为了提高性能和节省能量，必须消除这些旁瓣。

补救措施

以这种形式浪费的辐射能量需要得到利用。如果这些次要瓣被消除，并且这种能量被导向一个方向（即朝向主瓣），那么天线的方向性就会增加，从而导致天线的性能更好。

辐射方向图类型

常见的辐射方向图类型包括：

• 全向图（也称为非定向图）：该图在三维视图中通常呈甜甜圈形状。然而，在二维视图中，它形成一个8字形图案。

• 铅笔束图 - 波束具有尖锐的定向铅笔状图案。

• 扇形束图 - 波束具有扇形图案。

• 成形波束图 - 波束不均匀且无图案，称为成形波束。

所有这些类型的辐射的参考点都是各向同性辐射。即使它不切实际，考虑各向同性辐射也很重要。