8.1.2　方向图

知道了方向函数，就可以用图形的方式将其描述出来，称为方向图。在工程上，天线方向图一般通过测量得到。

如果辐射值用场强表示，即用f(θ，φ)表示，称为场强方向图。如果辐射值用功率表示，即用|f(θ，φ)|2表示，称为功率方向图。

天线总是工作在在三维立体空间，因此三维立体方向图能够最真实、最准确的描述天线的辐射特性。但是三维立体方向图制作起来比较繁琐，而且在平面打印时有不少局限性，需要选择合适的视角，因此二维方向图应用更加广泛。二维方向图主要选择两个互相垂直的主平面内的方向图，一般选择方位、俯仰方向图，或E面、H面方向图。二维方向图一般用极坐标或者直角坐标表示。三维和二维方向图见图8-2。

图8-2　天线方向图

(a)三维方向图；(b)极坐标形式；(c)直角坐标形式

方向图可以给出直观的结果，更进一步，可以通过方向图参数给出定量的结果。观察方向图可以看出，方向图一般包括主瓣、副瓣、后瓣。方向图参数示意图见图8-3。

图8-3　方向图参数示意图

1)HPBW(Half Power Beam Width，半功率波瓣宽度)

对于主瓣(Main Lobe)，用HPBW参数描述，即偏离天线主轴，场强为最大值0.707倍，或功率值为最大值一半时的角度，用θ3dB表示。HPBW的表达式为

对于抛物面天线，其HPBW为

N≈58　(均匀分布)

≈65　(阵列天线)

≈70　(锥形分布)

式中　λ为波长，单位为m；D为天线的有效直径，单位为m；N是一个与场分布图在天线口面上的分布规律有关的常数。锥形分布是指场分布图在天线口面上从中心向四周逐渐减弱的分布，即天线口面中心场强最强，而边缘的场强最弱，如卡塞格伦天线和格里高里天线。

2)FSLL(First Side Lobe Level，第一副瓣电平)

副瓣(Side Lobe)有多个，其中最靠近主瓣的称为第一副瓣，它是所有副瓣中强度最大的。定义第一副瓣最大值与主瓣最大值的比值为第一副瓣电平。

式中Smax1为第一副瓣的功率密度最大值；Smax为主瓣的功率密度最大值；Emax1为第一副瓣的场强最大值；Emax分别为第主瓣的场强最大值。

3)前后比

前后比定义为主瓣最大值与后瓣最大值之比。