無(wú)論是在雷達(dá)通信還是電子戰(zhàn)中，天線(xiàn)都是一個(gè)重要的組成部分，它將無(wú)線(xiàn)電波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線(xiàn)電波。天線(xiàn)的性能是通過(guò)其方向圖來(lái)描述的，它展示天線(xiàn)在各個(gè)方向上發(fā)送或接收信號(hào)的強(qiáng)度。

天線(xiàn)模型

天線(xiàn)的半功率波束寬度是描述天線(xiàn)主瓣的寬度的一種方式。主瓣是天線(xiàn)發(fā)射功率最大的方向。垂直和水平半功率波束寬度是主瓣在垂直和水平方向上的寬度。為了進(jìn)行天線(xiàn)的計(jì)算，通常會(huì)采用一些簡(jiǎn)化或模型。將垂直和水平半功率波束寬度分別使用矩形模型，可得到一個(gè)天線(xiàn)的矩形模型。

實(shí)際上，由于天線(xiàn)的發(fā)射和接收特性在不同的方向上會(huì)有所不同，所以當(dāng)我們將垂直和水平半功率波束寬度組合起來(lái)考慮時(shí)，結(jié)果更像是一個(gè)實(shí)心角。這意味著天線(xiàn)方向圖的形狀實(shí)際上更接近于一個(gè)橢圓，而非矩形。

這個(gè)橢圓形模型更準(zhǔn)確地反映了天線(xiàn)的性能，因?yàn)樗紤]了在所有方向上的信號(hào)強(qiáng)度，而不僅僅是在主瓣的方向上。因此，這種模型更適用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化天線(xiàn)，以滿(mǎn)足特定的應(yīng)用需求。

圖中兩種模型之間的差異對(duì)應(yīng)著16和4π之間的差異，約為78%。為了糾正這些相對(duì)于真實(shí)天線(xiàn)的偏差，可使用天線(xiàn)效率因子ka來(lái)進(jìn)行估計(jì)。

不同波長(zhǎng)和天線(xiàn)尺寸下的天線(xiàn)模型的邊界并沒(méi)有統(tǒng)一的定義，根據(jù)波長(zhǎng)λ和天線(xiàn)尺寸的大小，天線(xiàn)的輻射場(chǎng)分為三個(gè)區(qū)域，分別是電抗性近場(chǎng)，輻射近場(chǎng)（又稱(chēng)為“菲涅耳區(qū)Fresnel”），以及輻射遠(yuǎn)場(chǎng)（又稱(chēng)為“夫瑯和費(fèi)區(qū)Fraunhofer”）。

射頻信號(hào)加載到天線(xiàn)后，緊鄰天線(xiàn)除了輻射場(chǎng)之外，還有一個(gè)非輻射場(chǎng)。該場(chǎng)與距離的高次冪成反比，隨著離開(kāi)天線(xiàn)的距離增大迅速減小。在這個(gè)區(qū)域，由于電抗場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)，因而將此區(qū)域稱(chēng)為電抗近場(chǎng)區(qū)，它的界限通常取λ/2π。超過(guò)電抗近場(chǎng)區(qū)就到了菲涅耳區(qū)。

在近場(chǎng)和菲涅耳區(qū)，無(wú)論輻射天線(xiàn)類(lèi)型如何，從天線(xiàn)發(fā)出的輻射基本上都是球形波前(等相位面)，而在夫瑯和費(fèi)區(qū)域，波前可以用平面波表示。

天線(xiàn)增益與方向圖

天線(xiàn)增益和方向圖是描述天線(xiàn)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。

天線(xiàn)增益是一個(gè)衡量天線(xiàn)能夠?qū)⑤斎牍β始械教囟ǚ较虻哪芰Φ膮?shù)。相對(duì)于一個(gè)理想的全向天線(xiàn)（在所有方向上均勻發(fā)射和接收信號(hào)）或者一個(gè)理想的偶極子天線(xiàn)（在垂直方向上發(fā)射和接收信號(hào)）的。增益越高，天線(xiàn)在特定方向上發(fā)送和接收信號(hào)的能力就越強(qiáng)。天線(xiàn)增益通常用dBi（相對(duì)于一個(gè)理想的全向天線(xiàn)）或者dBd（相對(duì)于一個(gè)理想的偶極子天線(xiàn)）來(lái)表示。

方向圖則是一個(gè)圖形表示，描述了天線(xiàn)在不同方向上發(fā)送和接收信號(hào)的能力。方向圖通常在極坐標(biāo)或者球坐標(biāo)中表示，其中角度代表方向，距離或者顏色代表信號(hào)強(qiáng)度。方向圖可以幫助我們理解天線(xiàn)的輻射模式，包括主瓣（天線(xiàn)最強(qiáng)的發(fā)射和接收方向）和副瓣（天線(xiàn)其他的發(fā)射和接收方向）。

天線(xiàn)增益和方向圖是相互關(guān)聯(lián)的。一般來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)的增益越高，其主瓣在方向圖上就越窄，意味著天線(xiàn)在特定方向上的發(fā)射和接收能力更強(qiáng)。反之，如果天線(xiàn)的增益較低，其主瓣在方向圖上就越寬，這意味著天線(xiàn)在更廣的方向上都有較好的發(fā)射和接收能力。

理論模型中的天線(xiàn)效率和增益通常是理想化的，因此與實(shí)際天線(xiàn)的性能可能有所不同。實(shí)際天線(xiàn)的效率和增益可能會(huì)受到多種因素的影響，包括天線(xiàn)的設(shè)計(jì)、制造材料、安裝位置、工作頻率等。理論模型可以提供一個(gè)關(guān)于天線(xiàn)性能的基本理解，在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)行實(shí)測(cè)和調(diào)整，以達(dá)到最佳的性能。

以非對(duì)稱(chēng)55%效率的拋物面天線(xiàn)為例，它的增益會(huì)相對(duì)較高。這是因?yàn)閽佄锩嫣炀€(xiàn)能夠?qū)⒏嗟妮斎牍β始械街靼?，從而在特定方向上?shí)現(xiàn)更高的發(fā)射和接收能力。

這意味著如果是對(duì)稱(chēng)的拋物面天線(xiàn)，波束寬度如果是1°，那么它的增益約為43.6dBi。如果效率不同，那么相對(duì)于55%效率的拋物面天線(xiàn)，需要做一定的調(diào)整，具體如下表：

具有窄波束寬度的高增益天線(xiàn)可以提供強(qiáng)大的遠(yuǎn)距離信號(hào)，但它需要精確的瞄準(zhǔn)或定位。相反，具有寬波束寬度的低增益天線(xiàn)不需要精確的瞄準(zhǔn)，使其更適合短距離或移動(dòng)應(yīng)用。

常見(jiàn)的天線(xiàn)類(lèi)型

每種天線(xiàn)類(lèi)型都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和性能特點(diǎn)，具體可以查看下表。鐵桿會(huì)員或全場(chǎng)通用可進(jìn)入日常更新文件夾查看。

審核編輯：湯梓紅