场分析

辐射方向图

的辐射方向图天线功率的空间分布。图样显示天线的方向性或增益。的电源模式在给定半径范围内绘制发送或接收功率。的场模式在给定半径下，天线的电磁场变化曲线。辐射图提供了诸如场强的最大值和最小值以及数据绘制的角度范围等细节。

h =螺旋;h.Turns = 13;h.Radius = 0.025;模式(h, 2.1 e9)

使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/pattern.html">模式用于在天线工具箱中绘制任何天线的辐射方向图的函数™. 默认情况下，该函数绘制天线的方向性。您也可以使用绘制电场和功率方向图类型模式函数的名称-值对参数。

叶

天线的每个辐射方向图都包含辐射叶．裂片分为两部分大叶(也称为主叶)和小的叶．侧叶和后叶是小叶的变化。

h =螺旋;h.Turns = 13;h.Radius = 0.025;2.1 e9 patternElevation (h)

  • 主叶：显示天线的最大辐射或功率方向。

  • 旁瓣:显示天线不需要的方向的辐射。小瓣的数目越少，天线的效率就越高。侧叶是位于主叶旁边的小叶。后叶是与天线主瓣相对的副瓣。

  • 零:表示天线零辐射强度方向。零值通常位于主瓣和副瓣之间，或位于天线的副瓣之间。

场区域

对于天线工程师和EMC (electromagnetic compatibility)工程师来说，了解天线周围的区域非常重要。

天线周围的区域有许多定义方法。最常用的描述是2或3区域模型。2区域模型使用了这些术语近场和远场以确定特定的主导领域机制。图是天线场和边界的表示。三场区域将近场分割成一个过渡区，在过渡区有一个弱辐射机制在起作用。

近场区域:近场区域分为两个过渡区:反应区和辐射区。

  • 无功近场区域:这个区域最接近天线表面。这个区域主要是反应场。反应场储存着能量或驻波。这个区域的电场随着距离天线的距离迅速变化。该区域外边界方程为: R < 0.62 D 3. / λ 在哪里R为到天线的距离，λ是波长，和D为天线的最大尺寸。这个等式适用于大多数天线。在一个非常短的偶极子中，这个区域的外边界是 λ / 2 π 从天线表面。

  • 辐射近场区域：此区域也称为菲涅耳区域位于反应近场区域和远场区域之间。这个区域的存在取决于天线的最大尺寸和工作波长。在这个地区辐射场占优势。区域内边界的方程为方程 R ≥ 0.62 D 3. / λ 外边界是 R < 2 D 2 / λ 。这适用于大多数天线。场分布取决于与天线的距离。

远场区域:这个区域也被称为弗劳恩霍夫地区。在该区域中，场分布不依赖于与天线的距离。该区域中的电场和磁场相互正交。该区域包含传播波。远场的内边界方程为 R ＝ 2 D 2 / λ 外边界的方程是无穷。

方向性并获得

方向性是指天线向特定方向辐射功率的能力。它可以定义为所需方向上的最大辐射强度与所有其他方向上的平均辐射强度之比。方向性方程为：

D ＝ 4 π U （ θ ， ϕ ） P r 一个 d

地点:

  • D是天线的方向性吗

  • U天线的辐射强度是多少

  • Prad天线在所有其他方向的平均辐射功率是多少

天线方向性是无量纲的，与各向同性散热器(dBi)相比，以分贝计算。

的获得天线的性能取决于天线的方向性和效率。它可以定义为在期望方向上的最大辐射强度与天线总输入功率的比值。天线增益方程为:

G ＝ 4 π U （ θ ， ϕ ） P 我 n

地点:

  • G天线的增益是多少

  • U天线的辐射强度是多少

  • P在天线输入的总功率是多少

如果天线在期望方向上的效率为100％，则天线输入的总功率等于天线辐射的总功率，即 P 我 n ＝ P r 一个 d ．在这种情况下，天线的方向性等于天线增益。

波束宽度

天线波束宽度是天线方向图覆盖范围的角度度量。如图所示，主波束是最大辐射附近的区域。这种波束也称为主瓣，或天线的主瓣。

半功率波束宽度(HPBW)是角距，在角距中辐射图样的大小减小50％(或3 db)从主梁的顶端

使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/beamwidth.html">波束宽度函数来计算天线工具箱中的任何天线的波束宽度。

e面和H面

电子平面:包含电场矢量和最大辐射方向的平面。考虑一个沿z轴垂直的偶极子天线。使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/patternelevation.html">模式高程函数绘制仰角平面方向图。显示的仰角平面方向图捕获偶极子天线的E面行为。

d =偶极子;patternElevation (d, 70 e6)

h面:包含磁场矢量和最大辐射方向的平面。使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/patternazimuth.html">patternAzimuth函数用于绘制偶极子天线的方位角平面图案。所示方向图中的方位变化捕获了偶极子天线的h平面行为。

d =偶极子;patternAzimuth (d, 70 e6)

使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/ehfields.html">EHfields来测量天线的电磁场。该函数可用于计算近场和远场。

极化

极化是电场的方向，还是电场极化分为椭圆极化、线性极化或圆形极化。

椭圆极化如果电场沿长度保持不变，但向前移动时沿椭圆方向运动，则电场为椭圆极化。线偏振和圆偏振是椭圆偏振的特殊情况。

线性极化如果空间中某一点的电场矢量是沿直线方向的，则电场是线偏振的。线极化天线只辐射一个平面，这个平面包含无线电波的传播方向。线偏振有两种类型:

  • 水平极化:电场矢量平行于地平面。若要查看天线的水平极化图，请使用模式函数，将“Polarize”名称-值对参数设置为“H”。该图显示偶极子天线的水平极化模式：

    d=偶极子；模式（d，70e6，“极化”，“H”）

    美国电视网使用水平极化天线进行广播。

  • 垂直极化:电场矢量垂直于地平面。若要查看天线的垂直极化图，请使用模式函数，并将“Polarization”名称-值对参数设置为“V”。当信号必须向各个方向辐射时，就使用垂直极化。图中显示了偶极子天线的垂直极化方向图:

    d=偶极子；模式（d，70e6，“极化”，“V”）

    AM无线电广播天线或汽车鞭状天线是垂直极化天线的一些示例。

圆偏振:如果电场沿直线保持不变，但向前移动时呈圆形，则电场为圆极化。这种波在垂直面和水平面上都辐射。圆极化是卫星通信中最常用的一种极化方式。圆偏振有两种类型:

  • 右圆极化(RHCP)按逆时针方向画出电场矢量。要查看天线的RHCP模式，请使用模式函数的“极化”名-值对参数设置为“RHCP”。图中为螺旋天线的RHCP图:

    h =螺旋;h.Turns = 13;h.Radius = 0.025;模式(h, 1.8 e9,“极化”，“RHCP”）

  • 左旋圆极化:电场矢量沿顺时针方向绘制。要查看天线的LHCP模式，请使用模式函数，将“Polarization”名-值对参数设置为“LHCP”。图中为螺旋天线LHCP模式:

    h =螺旋;h.Turns = 13;h.Radius = 0.025;模式(h, 1.8 e9,“极化”，“LHCP”）

为了提高通信效率，发射端和接收端天线必须具有相同的极化。

轴比

轴比(AR)量化了在圆极化波中辐射的正交场分量的比例。无限大的轴比意味着线偏振波。当轴向比为1时，辐射波具有纯圆偏振。值大于1意味着是椭圆偏振波。

使用<一个href="//www.tianjin-qmedu.com/help/antenna/ref/axialratio.html">axialRatio在天线工具箱中计算任意天线的轴比。

工具书类

[1] Balanis, c.a天线理论。分析和设计，第三版。纽约：威利，2005年。

[2] 斯图兹曼，沃伦，我和蒂勒，加里A。天线理论与设计纽约:Wiley, 2013。

[3] capp, C。近场还是远场， EDN, August 16, 2001, pp.95 - pp.102。

天线工具箱文档
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大规模MIMO相控阵系统的混合波束形成

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