微波通信天線同其它通信天線一樣，發射天線的功能是把饋線輸送過來的微波信號能量轉換為電磁波能量，并將其集中在一定的立體角內朝指定方向空間輻射出去。接收天線的功能與發射天線的功能相反，當空間沿某一方向有電波照射天線時，天線導體在外電場作用下激勵起感應電動勢并在導體表面產生電流，該電流流進天線負載（接收機）使接收機輸入回路中產生電流。因此，接收天線是一個把空間電磁波能量轉換為電流能量（或傳輸系統內部能量）的變換裝置，其工作過程恰是發射天線的逆過程。因為接收和發射是一對可逆的物理過程，所以一個天線既可作為發射天線又可作為接收天線。收、發天線工作質量的好壞對于通信極為重要。數字微波通信對于天線的電性能有一系列的要求，通常稱其為天線的電指標。下面說明這些電指標的含義。

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1、天線的方向圖

天線的方向性是指其定向輻射的能力。描述天線方向性的電指標有方向性函數、方向圖主瓣寬度、旁瓣（副瓣）電平和方向性系數等。

    天線的方向性函數是指天線輻射場電場強度的相對值與空間方向之間的函數關系。空間方向常用子午角θ和方位角φ來表示。對于固定的距離，某方向上的電場強度的大小E（θ，φ）與最大輻射方向的電場強度E_max的比值就是方向性函數F（θ，φ）的計算公式為表1中的式1。

表1：本文中的所有計算公式及式中參數的含義

把方向性函數繪制成電場強度隨角度θ、φ變化的曲線圖就是天線方向圖。圖1中以極角θ表示空間方向，徑向長度表示該方向的相對電場強度（或相對功率密度）。工程上常用的方向圖是天線在兩個主平面內的方向圖，一個是在赤道面（即水平平面）內的方向圖，表示輻射場與方位角切的關系；另一個是在子午面（即鉛垂平面）內的方向圖，表示輻射場與子午角θ的關系。

圖1：天線方向圖

2、方向圖的波瓣寬度

天線的方向圖一般都呈花瓣狀，故方向圖常稱為波瓣圖。包含最大輻射方向的波瓣稱主瓣；背向最大輻射方向的波瓣稱后瓣；其他方向的波瓣稱為副瓣或旁瓣。在微波通信的設計中，常用的指標有主瓣寬度、副瓣電平和后瓣電平。主瓣寬度是指在主瓣最大值兩側功率密度等于最大值一半的兩個方向間的夾角，記為2θ_3dB或2φ_3dB。主瓣寬度越小，天線輻射的能量越集中，即定向性能越好。

通常θ_3dB的大小可根據天線尺寸D₀和波長λ按表1中式2近似公式計算可得。有時也可用主瓣兩側的零輻射方向之間的夾角來表示主瓣寬度，記為2θ₀或2φ₀，如圖1中所示。

3、副瓣與近場隔離

靠近主瓣的副瓣稱為第一副瓣，其最大值與主瓣最大值之比的分貝數稱為第一副瓣電平，記為SLL₁，即表1中的式3。

其他副瓣及后瓣電平的含義與此類同。一般情況下，副瓣與后瓣都是有害的，要求它們盡可能小。在微波通信站上，常常是幾個天線掛在同一個鐵塔上，而它們的功能卻各不相同。由于天線副瓣和后瓣電平的存在，會使這些天線之間發生相互串擾，使通信系統工作不正常。因此，微波通信站上對副瓣和后瓣要求很高，這種要求是用近場隔離度來表示的，并分為背背隔離度（B.B）、肩肩隔離度（S.S）、前后比F/B和極化隔離度，其含義及要求詳見下表3。

表3：微波天線的近場隔離度

4、方向性系數

方向圖形象地描繪了天線的方向特性，波瓣寬度在一定程度上半定量地描述了天線集中輻射的能力，但不便于對不同天線方向性之間的定量比較。為了對各種天線的方向性作定量描述，選取無方向性的理想點源作為標準（理想點源在空間各個方向上的輻射都均勻一致），在總輻射功率相同的條件下，天線在其最大輻射方向上的輻射能力比理想點源的輻射能力增強的倍數就稱為該天線的方向系數，記為D，即表1中的式4。方向性系數是衡量各種天線方向性的統一的指標，微波通信所使用的拋物面天線的D可高達10³~10⁴。

5、天線效率

天線的效率η_a定義為：天線輻射到外部空間的功率與輸入到天線上的功率之比，即表1中的式5。微波天線的η_a一般較大，可接近于1。

6、增益

增益是衡量天線性能的重要指標，它是以天線的輸入功率作為計算依據的，故便于測量和計算，工程上經常采用。增益的定義與方向性系數相似，是指輸入功率相同的條件下，天線在其最大輻射方向上的輻射能力比理想點源的輻射能力增強的倍數，記為G，即表1中的式6。

由此可見，天線的增益是方向性系數和效率的乘積。增益中已經計算天線自身的能耗，故更能代表天線的工作質量。

7、接收天線的有效面積

    接收天線的有效面積A_e定義為：天線的極化與來波極化完全匹配，以及在負載與天線阻抗共扼匹配的最佳狀態下，天線在該最大方向上所接收的功率P_re與入射電磁波能流密度S_av之比，即表1中的式7。

因此，如果已知來波的能流密度，則天線的接收功率P_re= A_e S_av。可見，有效面積代表天線吸收外來電磁波的能力，換言之，接收天線所接收到的功率可以看成是具有面積為A_e的口面所吸收的入射電波的能流。

所以可以推出，任一接收天線的有效面積A_e與該接收天線的增益G有如下關系：A_e = λ²G/4π。

理想點源的G＝1，故它的有效面積A_e是：A_e0 = λ²/4π。

8、輸入阻抗

發射天線是饋線的負載，所以它的輸入阻抗就是饋線的負載阻抗。天線對于饋線而言可以看成一個二端網絡，若端口上的電壓和電流的復振幅分別是U_in和I_in，兩者之比為從端口向網絡里面“看”的阻抗值，即輸入阻抗Z_in，它的定義是：Z_in = U_in /I_in

天線的輸入阻抗一般為復數，并且是頻率的函數。如果天線的輸入阻抗Z_in與饋線的特性阻抗Z_C不匹配（即Z_in≠Z_C)，會在饋線中形成駐波，從而使饋線的功率容量變小，傳輸效率降低，還會造成通信的失真。因此在設計天線時，應加入阻抗匹配的裝置并應選其頻率特性較為平坦的區域，以保證天線饋線系統的良好匹配。衡量天線匹配性能用反射系數Γ或駐波比ρ來表示。它們與天線的輸入阻抗Z_in及饋線的特性阻抗Zc之間的關系是表1中的式8。

在數字微波通信系統中，由于對信號在通道內的反射干擾有相當高的要求，因此對天線饋線系統的匹配要求很高，在天線設備的工作頻段范圍內駐波比應低于1.05~1.25。

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