天线性能衡量标准 – 第二季

天线是射频和微波设备的关键部件，广泛用于无线电与电视广播、雷达、蜂窝传输及卫星通信等各种应用。天线用于发送和接收无线电波，其收发方式由接收方的设计决定——全向天线在所有水平方向上均等地进行收发；定向天线或高增益天线在指定方向上进行收发。例如，导线、喇叭、开口、阵列、介质棒形式的接收天线用于收集电磁波并从中提取电能。与天线设计相关的重要特性包括增益、辐射效率、孔径、方向性、带宽、极化、辐射方向图、有效长度及谐振。上一篇博文《天线性能衡量标准 – 第一季》已对增益和辐射效率进行了介绍，本文将对其余特性进行探讨。

孔径

天线的接收功率与用于输入信号的圆形区域总面积相关（也称有效孔径），计算公式：天线可用功率（W）=功率密度（W/m²）× 孔径（m²）。天线增益与孔径成正比，而且可通过将电波聚焦于单一方向且同时减小其他方向电波的方式提高增益。因此，孔径越大，增益越高且波束越窄。在大多数情况下，天线尺寸越大，其最大有效面积往往也越大。

方向性

天线方向性用于衡量特定方向上的辐射能量聚集程度，表示为给定方向上的辐射强度与平均辐射强度之比。换句话说，天线方向性表示天线收发时将能量聚集于特定方向上的能力。

带宽

天线带宽是指天线的工作频率范围，以占该频段中心频率的百分比表示。带宽相对于频率为恒定值，不同类型天线具有不同带宽限制。

极化

极化是指电磁波的电场取向，通常描述为椭圆。天线发射的电磁波既可垂直极化，也可水平极化。无线电波的初始极化方式由天线决定。例如，如果电磁波在垂直方向上极化，则其电场矢量为垂直矢量，因此需要垂直天线。圆极化是水平电波和垂直电波的组合结果，其电场矢量绕传播方向圆周转动，每一射频周期转动一圈。

辐射方向图

由于天线的辐射功率并非在所有方向上均相等，因此天线辐射方向图（也称天线极坐标图）便成为快速评估天线响应总体况的重要工具。发射天线的辐射方向图为各种角度下天线辐射功率场强的曲线图。辐射图通常描绘于天线轴平面（E平面）或垂直于天线轴的平面（H平面），单位通常为分贝（dB）。

有效长度

有效长度表示天线的电磁波收发效率，用于确定电波作用于天线开路端口上时产生的感应电压。对于接收天线，有效长度是指产生与发射天线相同的电场，其所需的均匀电流的长度和方向。有效长度，为确定发射天线发射的电波与接收天线之间的极化失配所产生的影响提供了一种有用工具。