天线理论-辐射方向图

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辐射是一个术语，用于表示天线处波前的发射或接收，指定其强度。在任何图示中，表示天线辐射的草图就是其辐射方向图。通过观察天线的辐射方向图，人们可以简单地了解天线的功能和方向性。

从天线辐射的功率在近场和远场区域都有影响。

• 以图形方式，可以将辐射绘制为角位置和距天线的径向距离的函数。

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

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中的分布的图解表示，作为方向的函数。

让我们看看能量辐射的模式。

上图显示了偶极子天线的辐射方向图。辐射的能量由沿特定方向绘制的图案表示。箭头代表辐射方向。

辐射方向图可以是场方向图或功率方向图。

• 场模式被绘制为电场和磁场的函数。它们以对数刻度绘制。

• 功率模式被绘制为电场和磁场幅度的平方的函数。它们以对数或通常以 dB 刻度绘制。

3D 辐射图

辐射方向图是一个三维图形，并以球面坐标（r、θ、Φ）表示，假设其原点位于球面坐标系的中心。如下图所示 -

给定的图是全向图的三维辐射图。这清楚地指示了三个坐标（x、y、z）。

二维辐射图

将三维图案分为水平面和垂直面即可得到二维图案。这些所得图案分别称为水平图案和垂直图案。

这些图显示了 H 和 V 平面中的全向辐射图，如上所述。H 平面代表水平图案，而 V 平面代表垂直图案。

波瓣形成

在辐射方向图的表示中，我们经常会遇到不同的形状，这些形状表示主要和次要的辐射区域，通过这些形状可以得知天线的辐射效率。

为了更好地理解，请考虑下图，它表示偶极子天线的辐射方向图。

这里，辐射方向图具有主瓣、旁瓣和后瓣。

• 覆盖较大区域的辐射场的主要部分是主瓣或主瓣。这是存在最大辐射能量的部分。该波瓣的方向表示天线的方向性。

• 辐射分布在侧面的方向图的其他部分称为旁瓣或小瓣。这些都是浪费电力的地方。

• 还有另一个瓣，与主瓣的方向正好相反。它被称为后叶，也是小叶。即使在这里，也浪费了相当多的能源。

例子

如果雷达系统中使用的天线产生旁瓣，目标跟踪就会变得非常困难。这是因为，这些旁瓣指示了错误目标。追踪真品和识别假品是很混乱的。因此，为了提高性能并节省能量，必须消除这些旁瓣。

补救

需要利用以这种形式浪费的辐射能量。如果这些小瓣被消除，并且该能量被转移到一个方向（即朝向主瓣），那么天线的方向性就会增加，从而导致天线具有更好的性能。

辐射方向图的类型

辐射模式的常见类型是 -

• 全向图案（也称为无方向图案）：该图案在三维视图中通常具有圆环形状。然而，在二维视图中，它形成了八字形图案。

• 铅笔束图案- 光束具有锐利的定向铅笔形图案。

• 扇形光束图案- 光束具有扇形图案。

• 成形光束图案- 不均匀且无图案的光束称为成形光束。

所有这些类型的辐射的参考点是各向同性辐射。考虑各向同性辐射很重要，尽管它不切实际。