天線理論 - 輻射方向圖

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輻射是指天線發射或接收波前的術語，用於指定其強度。在任何圖示中，用來表示天線輻射的草圖就是它的輻射方向圖。透過檢視天線的輻射方向圖，可以簡單地瞭解天線的功能和方向性。

當功率從天線輻射時，它在近場和遠場區域都有影響。

• 在圖形上，輻射可以繪製成天線角度位置和徑向距離的函式。

• 這是天線輻射特性的數學函式，表示為球座標的函式，E(θ, Ø) 和 H(θ, Ø)。

輻射方向圖

天線輻射的能量由天線的輻射方向圖表示。輻射方向圖是輻射能量在空間分佈的圖表表示，它是方向的函式。

讓我們看一下能量輻射的模式。

上圖顯示了偶極天線的輻射方向圖。輻射能量由特定方向的圖案表示。箭頭表示輻射方向。

輻射方向圖可以是場型圖或功率型圖。

• 場型圖繪製為電場和磁場的函式。它們繪製在對數刻度上。

• 功率型圖繪製為電場和磁場幅度平方的函式。它們繪製在對數刻度上，通常繪製在dB刻度上。

三維輻射方向圖

輻射方向圖是一個三維圖形，在球座標 (r, θ, Φ) 中表示，假設其原點位於球座標系的中心。它看起來像下圖所示：

給出的影像是全向圖的三維輻射方向圖。這清楚地表明瞭三個座標 (x, y, z)。

二維輻射方向圖

二維方向圖可以透過將三維方向圖劃分成水平面和垂直面來獲得。這些生成的圖案分別稱為水平方向圖和垂直方向圖。

這些圖顯示瞭如上所述的H平面和V平面中的全向輻射方向圖。H平面表示水平方向圖，而V平面表示垂直方向圖。

瓣的形成

在輻射方向圖的表示中，我們經常遇到不同的形狀，這些形狀指示主要的和次要的輻射區域，從而可以知道天線的輻射效率。

為了更好地理解，請考慮下圖，它表示偶極天線的輻射方向圖。

這裡，輻射方向圖具有主瓣、旁瓣和後瓣。

• 輻射場的主要部分，覆蓋較大面積的部分，是主瓣或主要瓣。這是存在最大輻射能量的部分。該瓣的方向指示天線的方向性。

• 圖案的其他部分，輻射向側面分佈的區域稱為旁瓣或次要瓣。這些是功率浪費的區域。

• 還有一個瓣，與主瓣的方向正好相反。它被稱為後瓣，也是一個次要瓣。即使在這裡，相當數量的能量也會浪費。

示例

如果雷達系統中使用的天線產生旁瓣，則目標跟蹤將變得非常困難。這是因為這些旁瓣指示虛假目標。追蹤真實目標並識別虛假目標是一件混亂的事情。因此，為了提高效能和節省能量，必須消除這些旁瓣。

補救措施

以這種形式浪費的輻射能量需要得到利用。如果這些次要瓣被消除，並且這種能量被導向一個方向（即朝向主瓣），那麼天線的方向性就會增加，從而導致天線的效能更好。

輻射方向圖型別

常見的輻射方向圖型別包括：

• 全向圖（也稱為非定向圖）：該圖在三維檢視中通常呈甜甜圈形狀。然而，在二維檢視中，它形成一個8字形圖案。

• 鉛筆束圖 - 波束具有尖銳的定向鉛筆狀圖案。

• 扇形束圖 - 波束具有扇形圖案。

• 成形波束圖 - 波束不均勻且無圖案，稱為成形波束。

所有這些型別的輻射的參考點都是各向同性輻射。即使它不切實際，考慮各向同性輻射也很重要。