[科普中国]-辐射方向图

概念

辐射方向图（radiationpattern），也称为天线方向图（antennapattern）、远场方向图（far-fieldpattern），是一个在天线设计领域的术语。它是描述天线或其它信号源发出无线电波的强度与方向（角度）之间依赖关系的图形。

辐射方向图是一种表示天线辐射特性的数学函数或图示的空间坐标函数。

任何实际天线的辐射都具有方向性。单单把辐射场振幅与方向的关系用曲线表示出来，我们称为(辐射)方向图(radiation pattern)，即天线方向图就是远区任意方向上某点的场强与同一距离的最大场强之比同方向的关系曲线。图7．2—6(a)是用极坐标画的电流元在E面(最大方向与电场矢量所形成的平面，含轴平面)内的方向图，呈对电流元轴对称的型，为最大方向。图中最大值(方向)用1表示，其他方向的矢径按sinO绘m，而在轴向(和方向)该值为零。在H面(最大方向与磁场矢量所形成的平面，垂直轴平面，）上，各方向场强是相同的(轴对称)，其方向图是一个圆，如图7．2 6(b)所示。图7．2—7是立体方向图。虽然现在利用电子计算机可以画出很复杂的立体方向图，但是最常用的仍是E面和H面这两个主平面的方向图。因为，有了这样两个主平面内的方向图，整个立体的方向性也就可以想象了。1

辐射方向图的测量无源辐射方向图一般通过标准方法进行测量，即用正常信号源馈电的右旋圆极化天线作用于被测设备(DUT)。使用一个量测接收机，可以在二维或三维空间中(取决于量测能力)画出天线/平台组合的增益图。量测结果可以帮助优化天线在平台上的配置位置，并测量出右旋圆极化增益与效率。这一类测试通常会在新型用户设备的研发初期进行，如果设计的其他方面均正常，测试结果能够反映出设备期望性能的一般水平，并且可以通过这种方式确定天线的极化方式和辐射方向图是否合适。

把被测设备与一个实际可用的车载GNSS接收机连接在一起，然后使用卫星模拟器来进行测试，可以更好地反映出工作平台的性能。由接收机记录的载噪比可绘制成曲线图，它是平台与信源相对角的函数。为了避免电缆与小型用户设备接联引起的信号增强，接收机的输出可以采用无线方式(GPRS，WiFi或者蓝牙)、光纤或者去耦合的独立数据线进行传输。

如果测试的是一个处于完全工作状态下的用户设备，那么结果有可能包含设备元器件之间的相互影响。在已知被测天线增益与接收机噪声图像的情况下，我们将所测载噪比与预期载噪比进行比较，如果结果不一致，就可以据此寻找原因：有可能是辐射噪声、传导噪声、其他设备的乱真发射，或者是平台上其他部件的阻塞干扰。虽然这些都不是天线的问题，但通常仍由具有专业设备与技能的天线工程师来研究并解决。

与分布式的“有源”天线(配有联合低噪放大器(LNA))相比，小型移动平台上紧密集成的天线更有可能存在电磁兼容性(EMC)问题，这是因为分布式天线未受到平台上噪声的影响，并且LNA对信号水平的增强降低了平台设备之间相互干扰的影响。总之，这与所使用天线种类没有直接关系，而是由于天线过于接近平台或者直接挂载在平台上时固有的高水平交互噪声所引起的。2