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一、方向图

二、增益

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一、方向图

天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电磁波具有不同的接收能力。天线的方向性通常用方向图来表示。

在数学里，球坐标系是一种利用球坐标表示一个点P在三维空间位置的三维正交坐标系。下图显示了球坐标的几何意义：原点到 P 点的距离r，原点到点 P 的连线与z轴正轴之间的夹角，P点在 xy平面的投影线与x轴正轴之间的夹角.

在方向图（又称波瓣图）中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。main lobe之外的波瓣叫副瓣或旁瓣、边瓣(minor lobe)，主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣、尾瓣(back lobe)。

 

方向图是一个远场的概念，远场即为考察的辐射场的点与天线的距离，同波长相比是非常大的。此时，方向图的形状与辐射场点和天线的距离无关，只与空间角度相关。 

对不同的用途，要求天线有不同的方向图。例如：

• 广播电视发射天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益。
• 对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途的天线，要求为笔形波束方向图。
• 对搜索雷达、警戒雷达天线则要求天线方向图为扇形波束。

二、增益

方向性系数：用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数。在相同辐射功率Pr的条件下，某天线在给定方向的辐射强度与理想点源天线在同一方向的辐射强度的比值。一般情况下，方向性系数均指最大辐射方向的方向性系数。

天线增益：在相同输入功率Pin的条件下，实际天线与理想点源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，是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力。

注意到，增益的定义与方向性系数的定义条件是不同的，方向性系数是以辐射功率为定义，没有考虑天线的能量转换效率；增益是以天线的输入功率为定义。

增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄（能量辐射越集中），副瓣越小（能量分散越少），增益越高。

单位dB dBi dBd:

天线增益的度量单位是分贝（dB），分贝是用来表征两个相同单位数值比例的一个概念，它是倍数值的对数化，可以方便直观地反映两个数值的大小关系。

 

在上述公式当中， 表示为信号对 的分贝值。需要注意的是:以上公式当中的 和 应为“功率类”的量，而非“电流、电压”类的量。

天线增益是相对于参考天线来说的，通常以输入相同功率的全向天线或半波振子天线在某方向的辐射强度为参考值，以全向天线为参考时记作dBi(i-isotropic)，以半波对称振子(偶极子)天线为参考时记作dBd(d-dipole)。