半功率角是天线功率方向图中的核心参数,定义为方向图主瓣两侧功率通量密度下降至最大值50%(对应场强下降至1/√2倍)时形成的夹角。该参数直接影响天线的能量集中度与方向性,角度越小表明辐射能量越集中。其数值可通过θ≈70°×λ/D公式近似计算(λ为波长,D为天线直径),且与天线尺寸及工作频率呈反比关系。在工程应用中,水平半功率角范围常见20°-105°,垂直半功率角约为10°,不同数值对应狭长地带覆盖、城区覆盖等特定场景。
定义与物理意义
在天线功率方向图中,取主瓣最大辐射方向上功率通量密度为基准值,向两侧延伸至功率密度衰减为50%(对应电场强度衰减为最大值的1/√2倍)的两个点,其方位角之间的夹角即构成半功率角。该参数量化表征了天线辐射能量的空间聚焦能力,角度值越小意味着主瓣宽度越窄、方向性越强。
数学计算方法
近似计算公式
对于圆形口径天线,半功率角可由公式θ≈70°×λ/D计算得出,其中:
例如直径2米天线工作在3GHz(λ=0.1米)时,半功率角约为3.5°。
阵列天线模型
在均匀直线阵列天线中,半功率角计算公式为θ_mb=50.7λ/(Nd)(°),其中:
分类与典型参数
水平半功率角
垂直半功率角
通常维持在约10°,选择原则为:1. 相同增益下优先选用宽波束天线 2. 减少覆盖盲区 3. 降低安装精度要求
全向天线水平半功率角恒定为360°,无垂直半功率角参数
工程应用准则
天线下倾角计算
总下倾角α由公式确定:α = arctan(H/D) + β/2其中:
该模型确保主瓣覆盖区域与地面目标区域匹配,避免能量浪费。
方向性与增益关系
因此天线选型需在增益与覆盖范围之间权衡,如
高增益天线(窄波束)适用于
点对点通信,低增益天线(宽波束)适用于区域覆盖
测量标准与方法
依据远场区测量原则:
典型测试结果呈现为:
参考资料
天线方向图.哈罗CQ业余无线电社区.2005-05-27