天线方向图的理论分析及测量原理分析 .pdfVIP

实验四、电波天线特性测试

一、实验原理

天线的概念

无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射

出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈

线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天

线也就没有无线电通信。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：

按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；

按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；

按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；

按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

选择合适的天线

天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在

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选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线

的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的

要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是

否符合系统设计要求。

天线的方向性

发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二

是把大部分能量朝所需的方向辐射。天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这

就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方

向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无

方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因

此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，

抗干扰能力比较强。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。立体方向图虽然立

体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。

天线的增益

增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大

小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条

件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采

用低增益天线。

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增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所

产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显

然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解

增益的物理含义为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方

向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向

天线作为发射天线时，输入功率只需100/20=5W。换言之，某天线的增益，就其最

大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半

波对称振子的增益为G=2.15dBi；4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四

元阵，其增益约为G=8.15dBi(dBi，这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。

如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd。

天线的波瓣宽度

方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣

或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的

夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向

性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名

思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角。

天线的极化

天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是

天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。其中两种基本的单极化的情况：垂直极化

是最常用的；水平极化也是要被用到的。