【導(dǎo)讀】天線方向圖又叫輻射方向圖（radiation pattern）、遠(yuǎn)場(chǎng)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(shù)。天線增益=方向系數(shù) * 天線效率。所以方向系數(shù)大于增益是肯定的。
天線增益主要是通過(guò)方向圖的測(cè)試而表現(xiàn)出來(lái)。這里有很多的種測(cè)試方向圖的測(cè)試系統(tǒng)。也就是暗室。而在暗室的測(cè)試出來(lái)的結(jié)果，也只是一種和理想對(duì)稱(chēng)振子比較的的結(jié)果。都知道理想對(duì)稱(chēng)振子的增益為2.15dB。這樣就可以根據(jù)測(cè)試電平的高低來(lái)計(jì)算出天線的增益。
G=D*N%.
而天線的效率一般情況下是沒(méi)有百分百的，所以G<d 。在計(jì)算天線的方向系數(shù)D是，通常所采用的就是根據(jù)方向圖上面表現(xiàn)出來(lái)的主瓣的波瓣寬度計(jì)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(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)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(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天線增益是用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要，因?yàn)樗鼪Q定蜂窩邊緣的信號(hào)電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個(gè)雙向過(guò)程，增加天線的增益能同時(shí)減少雙向系統(tǒng)增益預(yù)算余量。另外，表示天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。DBi是相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對(duì)于對(duì)稱(chēng)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(yuǎn)。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(shù)：
為了方便對(duì)各種天線的方向圖特性進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些特性參數(shù)。主要包括：主瓣寬度，旁瓣電平，前后比，方向系數(shù)等。
1、主瓣寬度：是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。通常取天線方向圖主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)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(shù)：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(wú)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(chǎng)強(qiáng)振幅、相位、極化)與空間角度關(guān)系的圖形。完整的方向圖是一個(gè)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(biāo)原點(diǎn)），在半徑r足夠大的球面上，逐點(diǎn)測(cè)定其輻射特性繪制而成。測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)振幅，就得到場(chǎng)強(qiáng)方向圖；測(cè)量功率，就得到功率方向圖；測(cè)量極化，就得到極化方向圖；測(cè)量相位，就得到相位方向圖。若不另加說(shuō)明，本書(shū)說(shuō)述方向圖均指場(chǎng)強(qiáng)振幅方向圖。三維空間方向圖的測(cè)繪十分麻煩，實(shí)際工作中，一般只需測(cè)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(cè)量方向圖的坐標(biāo)
天線方向圖可以用極坐標(biāo)繪制，也可以用直角坐標(biāo)繪制。極坐標(biāo)方向圖的特點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)單，從方向圖可以直接看出天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的空間分布特性。但當(dāng)天線方向圖的主瓣窄而副瓣電平低時(shí)，直角坐標(biāo)繪制法顯示出更大的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楸硎窘嵌鹊臋M坐標(biāo)和表示輻射強(qiáng)度的縱坐標(biāo)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(lái)，而極坐標(biāo)卻無(wú)法繪制。圖2所示為同一天線方向圖的兩種坐標(biāo)表示法。
圖2方向圖的表示法 (a)極坐標(biāo) (b)直角坐標(biāo)
一般繪制方向圖時(shí)都是經(jīng)過(guò)歸一化的，即徑向長(zhǎng)度(極坐標(biāo))或縱坐標(biāo)值(直角坐標(biāo))是以相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)E（θ，φ）/Emax，這里E（θ，φ）是任一方向的場(chǎng)強(qiáng)值，Emax是最大輻射方向的場(chǎng)強(qiáng)值。因此，歸一化最大值是1。對(duì)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(biāo)中用歸一化場(chǎng)強(qiáng)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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