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技術(shù)應(yīng)用

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技術(shù)應(yīng)用

天線增益概念

發(fā)布時間:2023-04-04作者來源:金航標(biāo)瀏覽:2338


天線定向性(directivity)

假設(shè)理想的無定向性天線,在遠場區(qū)的3D球面空間各方向的輻射功率都相等,則定義球面等輻射功率的方向圖的定向性(Directivity)為0dBi。——各方向的平均輻射功率都相等,假設(shè)是0dB。如下圖(圖片來自網(wǎng)上)所示,其方向圖為球形:

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只是真實的物理世界,不存在這種理想的各向同性(無定向性)天線。

例如簡單的偶極子天線,如下圖左所示:

兩極方向沒有輻射功率,相當(dāng)于-dB。根據(jù)能量守恒,那么赤道方向360度的輻射功率都得凸出來,凸出來的那部分最大輻射功率比球面平均輻射功率0dB要高出2.15dB,如下圖右所示。

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所以偶極子天線的定向性為2.15dBi,有時為了簡單起見,寫成2.2dBi

這就等效于一個體積不變的球形橡皮泥,如果壓縮兩極,則赤道膨脹。膨脹出來的那部分,相當(dāng)于天線的定向性(Directivity)。用下圖表示這個過程:

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天線的定向性(Directivity)定義:輻射功率在3D球面空間分布上的峰均比

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天線的定向性,是定義天線輻射功率的空間集中度指標(biāo)。


天線增益(Gain)

問題在于,實際的偶極子天線存在輻射效率。

首先:偶極子天線由兩個懸空對稱的λ/4金屬諧振臂構(gòu)成,一般來說,諧振時才能輻射出功率,而諧振電流很大,產(chǎn)生導(dǎo)體損耗,屬于狹義的影響輻射效率的因素。

其次:通常用放大器當(dāng)做激勵源,放大器與天線之間需要傳輸線連接和平衡-非平衡轉(zhuǎn)換的Balun,這同樣也會產(chǎn)生各種傳輸損耗和阻抗失配的回波損耗。

把這些損耗(Loss)都可以歸類到廣義的影響輻射效率的因素。

天線增益(Gain)的定義:

G = D – Loss

有些情況下這些損耗(Loss)都較小,于是:GD,所以經(jīng)常將天線定向性(Directivity)和天線增益(Gain)混為一談。


陣列天線定向性

偶極子天線定向性仍然較小,可采用多個相同的偶極子同方向等間距排成一條直線,構(gòu)成直線陣列天線,各偶極子等幅度等相位的信號激勵,其3D方向圖會進一步壓扁,增益會更高:

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4個偶極子構(gòu)成的直線陣列天線,其增益有可能達到8.3dBi左右。

偶極子數(shù)量越多,增益越高。——但不一定呈正比關(guān)系,以后會講到。


提高天線定向性的措施

提高天線定向性的措施,一般有三種:

陣列天線,例如汽車防撞雷達毫米波天線(圖片來自于電巢射頻仿真課程);

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拋物面天線,例如貴州天眼(圖片來自網(wǎng)上);

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透鏡天線,例如殲20的肚子[敏感詞]的天線(圖片來自網(wǎng)上);

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以上三種措施也可組合起來,以進一步提高增益,例如用拋物面天線構(gòu)成的甚大陣列天線(圖片來自網(wǎng)上):

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還有用透鏡天線構(gòu)成的甚大陣列天線(圖片來自網(wǎng)上):

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總結(jié)


天線定向性(Directivity)是指輻射功率在3D球面空間分布上的峰均比;

天線增益(Gain)在數(shù)字上等于天線定向性(Directivity)減去各種損耗(Loss);

提高天線定向性(Directivity)一般有三種措施:陣列天線、拋物面天線、透鏡天線,及以上三種的組合。






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