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天线理论 - 波束和极化

本章讨论天线辐射波束的参数。这些参数有助于我们了解波束规格。

波束面积

根据标准定义，"如果 P (θ, Ø) 在 Ω_A 上保持最大值，而其他地方为零，则波束面积是天线辐射的所有功率流经的立体角。"

天线的辐射波束从天线的一个角度发出，称为立体角，其中功率辐射强度最大。这个立体波束角称为波束面积。它用 Ω_A 表示。

辐射强度 P (θ, Ø) 应在整个固体光束角度 Ω_A 内保持恒定且最大，其他位置的值为零。

$$辐射功率 = P( heta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

光束角度是主瓣半功率点之间的一组角度。

数学表达式

光束面积的数学表达式为

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

其中

• $\Omega_{A}$ 是立体波束角。
• $ heta$ 是角位置的函数。
• $\Phi$ 是径向距离的函数。

单位

波束面积的单位是 瓦特。

波束效率

根据标准定义，"波束效率 表示主波束的波束面积与辐射的总波束面积之比。"

从天线辐射时的能量根据天线的方向性投射。天线辐射更多功率的方向具有最大效率，而部分能量会在旁瓣中损失。光束辐射的最大能量，同时损耗最小，可称为光束效率。

数学表达式

光束效率的数学表达式为 −

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

其中，

• $\eta_{B}$ 是光束效率。
• $\Omega_{MB}$ 是主光束的光束面积。
• $\Omega_{A}$ 是总立体光束角度（光束面积）。

天线极化

天线可以根据我们的要求进行极化。它可以是线性极化或圆极化。天线极化类型决定了接收或发射时的波束模式和极化。

线性极化

当波被发射或接收时，它可能以不同的方向进行。天线的线性极化有助于将波保持在特定方向上，避免所有其他方向。虽然使用了这种线性极化，但电场矢量保持在同一平面上。因此，我们使用这种线性极化来改善天线的方向性。

圆极化

当波被圆极化时，电场矢量似乎被旋转，其所有分量都失去了方向。旋转模式有时也可能不同。然而，通过使用圆极化，多径效应会降低，因此它可用于卫星通信，如GPS。

水平极化

水平极化使波变弱，因为来自地球表面的反射会影响它。它们通常在 1GHz 以下的低频下较弱。水平极化用于传输电视信号，以实现更好的信噪比。

垂直极化

低频垂直极化波有利于地面波传输。它们不像水平极化那样受到表面反射的影响。因此，垂直极化用于移动通信。

每种极化都有自己的优点和缺点。 RF 系统设计人员可以根据系统要求自由选择极化类型。

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