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【導讀】天線方向圖又叫輻射方向圖（radiation pattern）、遠場方向圖（far-field pattern）。從方向圖上面不能得到天線增益，由方向圖得到的是方向系數。天線增益=方向系數 * 天線效率。所以方向系數大于增益是肯定的。

天線增益主要是通過方向圖的測試而表現出來。這里有很多的種測試方向圖的測試系統。也就是暗室。而在暗室的測試出來的結果，也只是一種和理想對稱振子比較的的結果。都知道理想對稱振子的增益為2.15dB。這樣就可以根據測試電平的高低來計算出天線的增益。

G=D*N%.

而天線的效率一般情況下是沒有百分百的，所以G<d 。在計算天線的方向系數D是，通常所采用的就是根據方向圖上面表現出來的主瓣的波瓣寬度計算，如半功率波瓣寬度，也就是電平下降3dB是的波瓣寬度。

天線增益：

天線增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。另外，表示天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。

天線方向圖的特征參數：

為了方便對各種天線的方向圖特性進行比較，就需要規定一些特性參數。主要包括：主瓣寬度，旁瓣電平，前后比，方向系數等。

1、主瓣寬度：是衡量天線的最大輻射區域的尖銳程度的物理量。通常取天線方向圖主瓣兩個半功率點之間的寬度。

2、旁瓣電平：是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平，一般以分貝表示。

3、前后比：是指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比，通常以分貝為單位。

4、方向系數：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度之比。

天線的方向圖作圖：

天線的方向圖是表征天線輻射特性(場強振幅、相位、極化)與空間角度關系的圖形。完整的方向圖是一個三維的空間圖形，如圖3.1所示。它是以天線相位中心為球心（坐標原點），在半徑r足夠大的球面上，逐點測定其輻射特性繪制而成。測量場強振幅，就得到場強方向圖；測量功率，就得到功率方向圖；測量極化，就得到極化方向圖；測量相位，就得到相位方向圖。若不另加說明，本書說述方向圖均指場強振幅方向圖。三維空間方向圖的測繪十分麻煩，實際工作中，一般只需測得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向圖就行了。

圖1 測量方向圖的坐標

天線方向圖可以用極坐標繪制，也可以用直角坐標繪制。極坐標方向圖的特點是直觀、簡單，從方向圖可以直接看出天線輻射場強的空間分布特性。但當天線方向圖的主瓣窄而副瓣電平低時，直角坐標繪制法顯示出更大的優點。因為表示角度的橫坐標和表示輻射強度的縱坐標均可任意選取，例如即使不到1°的主瓣寬度也能清晰地表示出來，而極坐標卻無法繪制。圖2所示為同一天線方向圖的兩種坐標表示法。

圖2方向圖的表示法 (a)極坐標 (b)直角坐標

一般繪制方向圖時都是經過歸一化的，即徑向長度(極坐標)或縱坐標值(直角坐標)是以相對場強E（θ，φ）/Emax，這里E（θ，φ）是任一方向的場強值，Emax是最大輻射方向的場強值。因此，歸一化最大值是1。對于極低副瓣電平天線的方向圖，大多采用分貝值表示，歸一化最大值取為零分貝。圖3所示為直角坐標中用歸一化場強和分貝值表示的同一天線方向圖。

圖3 歸一化方向圖

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