天线是无线电设备系统实现能量转换的装置，天线性能的好坏直接影响无线电设备系统性能的优劣。人们用天线的电参数来衡量天线性能的好坏。例如，描述天线能量转换和方向特性的电参数有：天线输入阻抗、天线方向图、天线增益和天线效率等；描述天线极化特性的电参数有：轴比和极化隔离度等。本章简述这些参数的概念和定义。另外，由天线互易定理可知，按照发射天线定义的电参数，同样适用于接收天线。 1.4.1 方向图
1.方向图的定义
天线方向图是表征天线辐射特性（场强振幅、相位、极化）与空间角度关系的图形，用来表征天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，是表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性特性曲线通常用方向图来表示。
方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。
2.方向图的表示法
完整的方向图是一个三维的空间图（见图1.4.1（a））。它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径r足够大的球面上，转动天线方位角或俯仰角，逐点测定其辐射特性绘制而成的。
三维空间方向图尽管可以利用已有软件方便地进行测绘，但在实际工程应用中，一般只需测得水平面H和垂直面E方向图即可（见图1.4.1（b））。
图1.4.1 三维空间图
图1.4.2为4种天线的方向图，分别是（a）常规抛物面天线；（b）喇叭天线；（c）半波振子天线；（d）鞭状天线；以帮助大家对不同的方向图加深了解。toubai
3.方向图的测量坐标
绘制天线的平面方向图通常采用极坐标（见图1.4.3（a）、（b））和直角坐标（见图1.4.3（c））形式，还可以采用3D（见图1.4.3（d））方向图形式。极坐标绘出的方向图形象直观，但对方向性很强的天线难以精确地表示；直角坐标恰与其相反，它虽不直观，但可以精确地表示强方向性天线的方向图。方向图纵坐标有相对功率、相对场强和对数3种形式，常用的是对数形式。方向图是用波瓣最大值归一的相对方向图。
图1.4.2 典型的天线方向图
图1.4.3 半波偶极子天线方向图坐标
1.4.2 副瓣和半功率波束宽度
1.副瓣（旁瓣）电平
天线方向图通常有许多波瓣，除了最大辐射强度的主瓣之外，其余均称为副瓣（或旁瓣），与主瓣相反方向的旁瓣称为背瓣（或后瓣）（参见图1.4.1（a））。为了定量表示旁瓣的大小，定义了旁瓣电平，它为旁瓣信号强度的最大值与主瓣最大值之比，记为SL，通常用分贝表示
式中，P和Pmax分别表示旁瓣和主瓣的最大功率值。
2.半功率波束宽度
波束宽度系指方向图的主瓣宽度，一般是指半功率波束宽度。
定义为：在归一化功率方向图的主瓣范围内，功率下降到主瓣最大值的一半（用分贝表示时，也就是功率下降3dB）的两个方向之间的夹角。
如图1.4.4所示的一个实例，（a）场方向图（正比与电场E），在θ=0°方向上归一化场Εn（θ）=1，由E=0.707电平测得半功率波束宽度（HPBW）=40°;（b）功率方向图（正比于电场E2），在θ=0°方向上归一化场Pn（θ）=1，由Pn=0.5电平测得HPBW=40°;（c）场波瓣的分贝（dB）图，在−3dB处测得HPBW=40°。
半功率波束宽度通常可以采用表1.4.1估算。
表1.4.1 半功率波束宽度估算
图1.4.4 波束宽度示意图
1.4.3 增益
环氧树脂模具1.增益的定义
增益是天线极为重要的一个参数，用它可以衡量天线辐射能量的集中程度。天线增益可分为方向增益和功率增益。
当辐射功率相同时，把天线在（θ,φ）方向上的辐射强度P（θ,φ）与理想点源辐射强度之比定义为天线的方向增益D（θ,φ）：
当输入功率相同时，把天线在（θ,φ）方向上的辐射强度P（θ,φ）与理想点源辐射强度之比定义为天线的功率增益G（θ,φ）：
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式中，P（θ,φ）为天线在（θ,φ）方向上的辐射强度；
Pt为天线的辐射功率；
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P0为天线的输入功率。
由式（1.4.2）和式（1.4.3）可得：
式中，天线效率η=天线辐射功率/天线输入功率。由此可知，天线增益等于天线效率乘以方向增益。
2.增益的理论计算
天线增益可以通过理论计算而得，如口面直径为D的抛物反射面天线的增益可用式（1.4.5）和式（1.4.6）近似计算：
用对数表示：
在一个频段内，算出中心频率f0的增益G0，计算高低两端频率或任意频点f的增益由式（1.4.7）计算：
说明：天线增益单位dBi是相对各向同性天线而言的。如果采用半波振子天线作为标准进行比对增益，其单位是dBd,dBi与dBd的关系：G（dBi）=2.15+G（dBd）。半波振子天线的增益为2.15dBi。
3.波束宽度计算法
天线的波束范围通常可近似表示成两个主平面内主瓣半功率波束宽度θ电线固定座3AZ和θ3EL之积，即
用D表示天线定向性，波束范围越小，定向性越高。若一个天线仅对上半空间辐射，其波束范围ΩA=2π（sr）。
若已知某天线的半功率波束宽度，其定向性还可表示为
其中，41253、θ3AZ、θ3EL为球内所张的平方度数，41253=4π（180/π）2；
球面积=4πr2,4π表示完整球面所张的立体角，单位为sr；
1立体弧度的立体角≈3283=（180/π）2；
θ3AZ和θ3EL分别是方位和俯仰主平面的半功率波束宽度。
由于在式（1.4.9）中忽略了副瓣，因此可以改用另一种较好的近似式
多功能锤子
如果某天线在两个主平面内半功率波束宽度（HPBW）都是20°，其定向性D=40 000/400=100或20dBi，这意味着天线沿主方向辐射的功率是相同输入功率下非定向的各向同性天线的100倍。定向性波束宽度乘积取值40 000是一种粗略的近似，对特定的天线通常采用简化公式计算天线增益：
C是常数项（15 000～40 000），对于大型天线则必须考虑天线馈源网络的插入损耗和天线表面公差引起的增益损失，详见第6章中波束宽度法测量天线增益。
1.4.4 输入阻抗
天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。
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