天线理论基础（四）

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除了方向性，天线的辐射方向图还通过其波束宽度和旁瓣电平（如果适用）来表征。

这些概念很容易说明。考虑以下给出的辐射模式：

主波束（main beam）是最大辐射方向周围的区域（通常是主波束峰值3dB以内的区域）。

旁瓣（sidelobes）是远离主波束的较小波束。这些旁瓣通常是不希望的方向上的辐射，永远无法完全消除。

半功率波束宽度（HPBW）是辐射方向图的幅度从主波束的峰值减少50%（或-3dB）的角分离。

另一个通常引用的波束宽度是零到零波束宽度。这是辐射方向图的幅度从主波束减小到零（负无穷大dB）的角度间隔。

最后，旁瓣电平是用于表征辐射模式的另一个重要参数。旁瓣电平是旁瓣（远离主波束）的最大值。

极化（polarization）是天线的基本特征之一。

首先，我们需要了解平面波的极化，然后了解天线极化的主要类型。

线性极化

平面电磁波的特征是在单个方向上传播的电场和磁场（在两个正交方向上没有场变化）。在这种情况下，电场和磁场彼此垂直，并且垂直于平面波传播的方向。例如，考虑由方程（1）给出的单频E场，其中场在+z方向上行进，E场在+x方向上定向，磁场在+y方向上。

在方程（1）中，符号^x是一个单位向量（长度为1的向量），表示E场“指向”x方向。

圆极化

现在假设平面波的E场由以下方程给出：

在这种情况下，x和y分量的相位相差90度。如果在（x，y，z）=（0,0,0）处观察到电场，则E场与时间的关系图如下图所示。

E场在一个圆中旋转。这种类型的场被描述为圆极化波。

要实现圆极化，必须满足以下标准：

E场必须具有两个正交（垂直）分量。

电场的正交分量必须具有相等的大小。

正交分量必须相差90度。

如果图4中的波在屏幕外传播，则场沿逆时针方向旋转，称为右旋圆极化（RHCP）。

如果场沿顺时针方向旋转，则场将为左手圆极化（LHCP）。

椭圆极化

如果E场有两个垂直分量，它们的相位相差90度，但幅度不相等，则该场最终将椭圆偏振。考虑在+z方向上传播的平面波，E场由下面方程给出：

E场沿逆时针方向传播，如果传播到屏幕外，则为右旋椭圆偏振。

如果E场矢量在相反的方向上旋转，则该场将是左旋椭圆偏振的。

此外，椭圆偏振可以通过其轴比来定义，轴比是长轴和短轴振幅的比值。

例如，由上述方程给出的波的轴向比是1/0.3＝3.33。

椭圆偏振波由长轴的方向进一步描述。方程的波具有由x轴给出的主轴。请注意，主轴可以在平面中的任何角度，它不需要与x轴、y轴或z轴重合。

最后，注意圆偏振和线偏振都是椭圆偏振的特殊情况。轴比为1.0的椭圆偏振波是圆偏振波；具有无限轴比的椭圆偏振波是线性偏振波。

PS: 

天线是无线通信领域的核心元素，其存在使得通信信息得以完整的传播和接收。无论是无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感还是射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都离不开天线的支持。天线是一种变换器，它能够将传输线上传播的导行波转换为在无 界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中，天线用于发射或接收电磁波，为发射机或接收机与传播无线电波的媒质之间提供所需要的耦合。