天线3db波束宽度、天线尺寸与频率，口径与波宽的关系

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天线3db波束宽度、 天线尺寸与频率， 口径与波宽的关系

• 天线尺寸与频率
  • 一般设计天线的尺寸与天线工作频率的关系为：
    • 天线长度=C/(2f)
      • 其中C表示光速，f表示天线的工作频率。
  • 天线工作频率指天线的共振频率，或中心频率。每个天线都有一定的频率范围，称为带宽，在这个范围内，天线阻抗最小，效率最高，这个范围的中间最佳点即中心频率，驻波比最小，功耗最小，信号最强。
  • “天线的最佳长度与波长的关系是固定的”
• 抛物面天线
  • 构成
    • 抛物面天线从结构上，由照射器和反射面构成。
    • 照射器由一些弱方向性天线担当，比如短电对称振子天线、喇叭天线。
  • 作用
    • 把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。
  • 性质
    • 抛物面一般由导电性能好的铝合金板构成，厚度为1.5-3mm，或者用玻璃钢构成主抛物面，其内粘贴金属网。
    • 抛物面天线半功率波瓣宽度的确定
    • 照射器方向图主瓣越宽，口面面积越小
• 天线波宽公式1
  • k为参数，取值范围在(65-80).最佳照射情况下k=70。
• 天线增益公式2
• 天线口径尺寸与面积公式3
  • 
• 结论
  • 综合两个公式，得结论：
  • 当波长确定后，由公式2，有效面积越大，增益越大。
  • 由公式1，口径越大(即有效面积越大，由公式3)，波束越窄。
  • 因此，在波长确定情况下，我们由需要的增益推算得到需要的口径(根据公式2、3)，此时波束宽度即可由公式1确定。
  • 举例计算，取L频段1670MHz，可知波长为(c/1670MHz)=0.03227m。波长确定！
  • 由公式2，得到欲达到14dBi的增益，有效面积应该为0.065平方米。
  • 由公式3，已知天线效率为0.5时，求得口径为0.405m。
  • 由公式1，已知参数k为70，将口径、波长代入，求得天线功率波瓣宽度(二倍的θ)为31.027度。
  • 更进一步，将公式123联立，发现波束宽度唯一由增益确定！如下：
  • 因此：若人为将口径增大，就能将波束宽度减小，但同时必然引起G的增大，最终印证了上面公式：增益和波束宽度反比。