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[天线原理及设计>基本原理] 3. 辐射方向图或天线方向图

时间:2024-08-14 17:08:10浏览次数:10  
标签:旁瓣 天线 波瓣 基本原理 dB 功率 辐射 方向

《Antenna_Theory_Analysis_and_Design_3rd_Constantine_A._Balanis.pdf》

3. 辐射方向图或天线方向图

天线辐射方向图或天线方向图(radiation pattern or antenna pattern)被定义为“天线辐射特性随空间坐标变化的数学函数或图形表示。在大多数情况下,辐射模式是在远场区域确定的,并表示为方向坐标的函数。辐射特性包括功率通量密度、辐射强度、场强、方向性、相位或极化。

最受关注的辐射特性是辐射能量的二维或三维空间分布,这是观察者沿恒定半径的路径或表面的位置的函数。一组方便的坐标如图2.1所示。

以恒定半径接收到的电场(磁场)的轨迹称为振幅场图。另一方面,功率密度沿恒定半径的空间变化图称为振幅功率图。通常,场和功率图会根据其最大值进行归一化,从而得到归一化的场和功率图案。

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此外,功率模式通常以对数标度或更常见的指数(dB)绘制。这个比例通常是这是可取的,因为对数尺度可以更详细地集中图案中值非常低的部分,稍后我们将称之为旁瓣。对于天线

  • 场图(线性标度)通常表示电场或磁场的幅度作为角空间的函数的图。

  • 功率图(线性尺度)通常表示电场或磁场幅度的平方作为角空间的函数的图。

  • 功率图(单位为dB)表示电场或磁场的大小,作为角空间的函数。

为了证明这一点,使用间距d=0.25λ的各向同性源的10元线性天线阵列的二维归一化场图(以线性比例绘制)、功率图(以线性比例绘制)和功率图(在对数dB比例上绘制),如图2.2所示。

在这个和后续的图中,波瓣中的加号(+)和减号(-)表示各个波瓣之间振幅的相对极化,当零点交叉时,振幅会发生变化(交替)。要找到图达到其半功率(-3 dB点)的点,相对于图的最大值,您可以设置:

  • 最大值为0.707时的场模式,如图2.2(a)所示
  • 最大值为0.5时的功率模式(线性标度),如图2.2.(b)所示
  • 最大值为-3 dB时的功率图案(dB),如表2.2(c)所示。

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1.1. Radiation Pattern Lobes 辐射瓣

辐射瓣是“由相对较弱的辐射强度区域界定的辐射模式的一部分”。图2.3(A)展示了具有多个辐射瓣的对称三维极性模式。有些辐射强度比其他辐射强度大,但都被归类为波瓣。 图2.3(b)显示了线性二维图案[图2.3(a)的一个平面],其中显示了相同的图案特征。

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  1. 主瓣(major lobe, or main beam) 被定义为“包含最大辐射方向的辐射瓣”。在图2.3中,主瓣指向 θ=0方向。在某些天线中,如分束天线,可能存在多个主瓣。

  2. 副瓣(minor lobe) 是指除主叶之外的任何叶。在图2.3(a)和(b)中,除主瓣外,其他的都可以归类为副瓣。

  3. 旁瓣(side lobe) 是“除预期波瓣外的任何方向上的辐射波瓣”。(通常旁瓣与主波瓣相邻,并在主波束方向上占据半球)

  4. 后波瓣(back lobe) 是“一种辐射波瓣,其轴与天线波束成约180°角”通常,它指的是在与主叶相反的方向上占据半球的副叶。

副瓣通常代表不希望的方向的辐射,应该尽量减少。 旁瓣通常是副瓣中最大的。

副瓣的电平通常表示为瓣中功率密度与主瓣功率密度的比值。这个比率通常被称为旁瓣比或旁瓣电平。

在大多数应用中,-20dB或更小的旁瓣电平通常是不理想的。达到小于-30 dB的旁瓣电平通常需要非常仔细的设计和构造。在大多数雷达系统中,低旁瓣比对于通过旁瓣尽量减少虚假目标指示非常重要。

以线性比例绘制的间距为d=0.25λ并且渐进相移β=−0.6π的各向同性源的10元线性天线阵列的归一化三维远场振幅图,如图2.4所示。很明显,这种模式有一个主叶、五个副叶和一个后叶。旁瓣的电平相对于最大值约为-9dB。

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标签:旁瓣,天线,波瓣,基本原理,dB,功率,辐射,方向
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