天线的主要特性

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天线的主要特性
  微波中继通信属于无线通信方式，其无线电波的收和发是由天线来完成的。即微波发
信机输出的信号通过馈线（同轴电缆或波导）送至天线，由天线向对端发射无线电磁波
，或由天线接收对方发射来的无线电磁波，并通过馈线送往微波收信机。由此可见，微
波天馈线系统是构成微波通信系统的一个重要组成部分。
微波系统的天线介绍
天线的主要特性（一）
　　天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射
出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。因此，天线性能的好坏将直
接影响到整个微波通信系统的正常运行。这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍
。
· 天线的方向性
　　通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量
的强弱可用天线的方向系数来表示。所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度
的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来
表示，即
天线方向性图
  （3-4）
　　不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向
系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。其中方向系数最大的地方，即辐射增强的
方向，称主射方向。通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，
如图所示。由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。处于
主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向
叶统称为副叶。显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。天线方向性的好坏，工
程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主
射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.
5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间
的夹角，记为“2θ0”。半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线
的方向性越好。
　　一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还
应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。
　　　　　
天线的主要特性（二）
· 天线增益
　　所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。天线增益定义为：
取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线
发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益
，常用“Ｇ” 表示。即
  （3-5）
　　根据天线增益的定义，天线增益可以理解为：为了使在观察点获得相等的电磁波功
率密度，具有方向性天线所需的发射功率要比无方向性天线所需的发射功率小G倍。
　　另外天线具有互易性，即一副同样的天线既可以作为发射天线，也可以作为接收天
线，因此从天线接收的角度看，天线增益也可以用定向天线的有效接收面积Ae与各向同
性（无方向性）天线的有效接收面积A0之比来表示，即
  （3-6）
　　必须指出，天线性能指标中给出的天线增益以及通常人们所说的天线增益都是指辐
射场强为最大主射方向时的天线增益。然而当天线的主射方向偏离接收方向时，其实际
的增益将随偏离程度的不同而变化。总之天线的增益反映了定向天线对某一方向辐射电
磁波或接收电磁波的能力。因此一副高增益的定向天线可以降低对微波发信机输出功率
的要求和提高微波接收机的接收灵敏度。
· 天线的效率
　　天线本身是一种无源器件，就其对传输而言存在一定的损耗。这种损耗通常用天线
的效率来衡量。所谓天线效率就是指天线的辐射功率PF与输入功率Pi之比。常用“η”
来表示，
即   （3-7）
　　将式（3-7）与式（3-4）、式（3-5）比较可以得出天线方向系数D、天线增益G和天
线效率η之间的关系为
理想点天线源没有损耗，即Pi0=PF0 。因此得
G=η·D　　　　　（3-8）

· 天线的防卫度
　　天线的防卫度分天线后向防卫度和天线正交防卫度。天线后向防卫度是指天线主射
方向的辐射场强Ｅ0与后向辐射场强E180°的比值，用“Ｌ180°”表示，即
　　天线正交防卫度是指天线主射方向的辐射场强Ｅ0与偏离主射方向90°方向上辐射场
强E90°的比值，用“Ｌ180°”表示，即
　　天线防卫度反映了主射方向的辐射场强对偏离其90°和180°方向上的串扰影响大小
，防卫度越高其扰越小。