3 增益
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 = 13 dB = 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 = 2.15 dBi ; 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 = 8.15 dBi ( 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 。 半波对称振子的增益为G = 0 dBd (因为是自己跟自己比,比值为1,取对数得零值。) ; 垂直四元阵,其增益约为G = 8.15 – 2.15 = 6 dB。.
4 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。 参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(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,见图1.3.4 b .
5 前后比
方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比,记为 F / B 。前后比越大,天线的后向辐射(或接收)越小。前后比F / B 的计算十分简单--- F / B = 10 Lg {(前向功率密度) /( 后向功率密度)}
对天线的前后比F / B 有要求时,其典型值为 (18 --- 30)dB,特殊情况下则要求达(35 --- 40)dB 。
6 天线增益的若干近似计算式
1) 天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益:
G( dBi ) = 10 Lg { 32000 / ( 2θ3dB,E ×2θ3dB,H )}
式中, 2θ3dB,E 与 2θ3dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度; 32000 是统计出来的经验数据。
2) 对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益:
G( dB i ) = 10 Lg { 4.5 × ( D / λ0 )2}
式中, D 为抛物面直径;
λ0 为中心工作波长;
4.5 是统计出来的经验数据。
3) 对于直立全向天线,有近似计算式
G( dBi ) = 10 Lg { 2 L / λ0 }
式中, L 为天线长度;
λ0 为中心工作波长;
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