天線理論 - 波束和極化

本章討論天線輻射波束的引數。這些引數有助於我們瞭解波束規格。

波束面積

根據標準定義，“波束面積是指如果P(θ, Ø)在其最大值Ω_A上保持不變，而在其他地方為零，則天線輻射的所有功率都將透過的立體角。”

天線的輻射波束從天線的一個角度發出，稱為立體角，其中功率輻射強度最大。這個**立體波束角**被稱為**波束面積**。它用**Ω_A**表示。

輻射強度P(θ, Ø)應在整個立體波束角Ω_A內保持恆定且最大，在其他地方其值為零。

$$輻射功率 = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:瓦特$$

波束角是主瓣半功率點之間的角度集合。

波束面積的數學表示式為

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ 瓦特$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ 瓦特$$

其中

波束面積的單位是**瓦特**。

根據標準定義，“**波束效率**表示主波束的波束面積與輻射的總波束面積之比。”

能量從天線輻射時，會根據天線的指向性進行投影。天線輻射功率最大的方向效率最高，而部分能量會損失在旁瓣中。波束輻射的最大能量，損失最小，可以稱為**波束效率**。

波束效率的數學表示式為：

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

其中，

天線可以根據我們的需求進行極化。它可以是線極化或圓極化。天線極化型別決定了接收或傳輸時的波束和極化模式。

當發射或接收波時，可以沿不同的方向進行。天線的**線極化**有助於將波保持在特定方向，避免所有其他方向。雖然使用了這種線極化，但電場向量保持在同一平面內。因此，我們使用這種線極化來提高天線的**方向性**。

當波為圓極化時，電場向量似乎旋轉，其所有分量都失去方向性。有時旋轉模式也可能不同。但是，透過使用**圓極化**，多徑效應會減少，因此它被用於衛星通訊，例如**GPS**。

水平極化使波變弱，因為來自地球表面的反射會影響它。它們在低於 1GHz 的低頻下通常較弱。**水平極化**用於傳輸**電視訊號**以獲得更好的信噪比。

低頻垂直極化波有利於地波傳輸。它們不受地表反射的影響，不像水平極化波那樣。因此，**垂直極化**用於**行動通訊**。

每種極化型別都有其自身的優點和缺點。射頻系統設計師可以根據系統要求自由選擇極化型別。

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