發(fā)布時(shí)間:2023-04-04作者來源:金航標(biāo)瀏覽:2210
天線定向性(directivity)
假設(shè)理想的無定向性天線,在遠(yuǎn)場(chǎng)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:
只是真實(shí)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(jiǎn)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。
所以偶極子天線的定向性為2.15dBi,有時(shí)為了簡(jiǎn)單起見,寫成2.2dBi。
這就等效于一個(gè)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(gè)過程:
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:
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(shí)際的偶極子天線存在輻射效率。
首先:偶極子天線由兩個(gè)懸空對(duì)稱的λ/4金屬諧振臂構(gòu)成,一般來說,諧振時(shí)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(lì)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(huì)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:G≈D,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(gè)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(hào)激勵(lì),其3D方向圖會(huì)進(jìn)一步壓扁,增益會(huì)更高:
由4個(gè)偶極子構(gòu)成的直線陣列天線,其增益有可能達(dá)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(huì)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(dá)毫米波天線(圖片來自于電巢射頻仿真課程);
拋物面天線,例如貴州天眼(圖片來自網(wǎng)上);
透鏡天線,例如殲20的肚子[敏感詞]的天線(圖片來自網(wǎng)上);
以上三種措施也可組合起來,以進(jìn)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):
還有用透鏡天線構(gòu)成的甚大陣列天線(圖片來自網(wǎng)上):
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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