天线理论 - 波束宽度

在本章中，我们将讨论天线辐射方向图的另一个重要因素，即波束宽度。在天线的辐射方向图中，主瓣是天线的主波束，天线辐射的最大且恒定的能量在此流动。

波束宽度是大部分功率辐射的孔径角。该波束宽度的两个主要考虑因素是半功率波束宽度（HPBW）和第一零波束宽度（FNBW）。

半功率波束宽度

根据标准定义，“辐射方向图的幅度从主波束峰值减少 50%（或 -3dB）的角距，就是半功率波束宽度。”

换句话说，波束宽度是大部分功率辐射的区域，即峰值功率。半功率波束宽度是指在天线有效辐射场中相对功率大于峰值功率50%的角度。

当在辐射方向图的原点和主瓣上的半功率点之间画一条线时，在两侧，这两个矢量之间的角度称为HPBW，即半功率波束宽度。借助下图可以很好地理解这一点。

该图显示了主瓣和 HPBW 上的半功率点。

半功率波束宽度的数学表达式为 -

$$一半\:功率\:光束\:with=70\lambda_{/D} $$

在哪里

HPBW 的单位是弧度或度。

根据标准定义，“与主瓣相邻的第一个模式零点之间的角跨度称为第一零点波束宽度”。

简单地说，FNBW 是远离主波束的角距，主波束是在其主瓣上辐射图的零点之间绘制的。

从辐射方向图的原点开始，在两侧绘制与主光束相切的切线。这两条切线之间的角度称为第一零波束宽度(FNBW)。

借助下图可以更好地理解这一点。

上图显示了半功率波束宽度和第一零波束宽度，以辐射方向图以及次瓣和主瓣标记。

第一零波束宽度的数学表达式为

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

在哪里

FNBW 的单位是弧度或度。

在天线参数中，有效长度和有效面积也很重要。这些参数可以帮助我们了解天线的性能。

天线有效长度用于确定天线的极化效率。

定义- “有效长度是接收天线开路端子处的电压幅值与天线极化方向相同的入射波前场强幅值之比。”

当入射波到达天线的输入端子时，该波具有一定的场强，其大小取决于天线的极化。该极化应与接收器端子处的电压大小相匹配。

有效长度的数学表达式为 -

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

在哪里

定义- “有效面积是接收天线的面积，它吸收来自入射波前的大部分功率，到暴露在波前的天线总面积。”

天线在接收时的整个区域都会面对传入的电磁波，而只有天线的某些部分接收信号，称为有效区域。

仅利用了接收到的波前的一部分，因为波的一部分被散射，而另一部分则作为热量耗散。因此，在不考虑损耗的情况下，对实际面积利用最大功率的面积可称为有效面积。

有效面积用$A_{eff}$表示。