天線(xiàn)定向性（directivity）

假設(shè)理想的無(wú)定向性天線(xiàn)，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?！鞣较虻?span style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;color: #00B050;visibility: visible">平均輻射功率都相等，假設(shè)是0dB。如下圖（圖片來(lái)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(wú)定向性）天線(xiàn)。

例如簡(jiǎn)單的偶極子天線(xiàn)，如下圖左所示：

兩極方向沒(méi)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(lái)，凸出來(lái)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(xiàn)的定向性為2.15dBi，有時(shí)為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，寫(xiě)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(lái)的那部分，相當(dāng)于天線(xiàn)的定向性（Directivity）。用下圖表示這個(gè)過(guò)程：

天線(xiàn)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(xiàn)的定向性，是定義天線(xiàn)輻射功率的空間集中度指標(biāo)。

天線(xiàn)增益（Gain）

問(wèn)題在于，實(shí)際的偶極子天線(xiàn)存在輻射效率。

首先：偶極子天線(xiàn)由兩個(gè)懸空對(duì)稱(chēng)的λ/4金屬諧振臂構(gòu)成，一般來(lái)說(shuō)，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(xiàn)之間需要傳輸線(xiàn)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(lèi)到廣義的影響輻射效率的因素。

天線(xiàn)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(xiàn)定向性（Directivity）和天線(xiàn)增益（Gain）混為一談。

陣列天線(xiàn)定向性

偶極子天線(xiàn)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(xiàn)，構(gòu)成直線(xiàn)陣列天線(xiàn)，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(xiàn)陣列天線(xiàn)，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(xiàn)定向性的措施

提高天線(xiàn)定向性的措施，一般有三種：

陣列天線(xiàn)，例如汽車(chē)防撞雷達(dá)毫米波天線(xiàn)（圖片來(lái)自于電巢射頻仿真課程）；

拋物面天線(xiàn)，例如貴州天眼（圖片來(lái)自網(wǎng)上）；

透鏡天線(xiàn)，例如殲20的肚子[敏感詞]的天線(xiàn)（圖片來(lái)自網(wǎng)上）；

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

還有用透鏡天線(xiàn)構(gòu)成的甚大陣列天線(xiàn)（圖片來(lái)自網(wǎng)上）：

總結(jié)

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

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






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