HFSS和PIFA天线的仿真设计+文献综述(4)
2.2.2 输入阻抗
定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量Xin，即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能是天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量。对于任一个天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近50Ω，从而使得天线的输入阻抗Zin=Rin=50Ω。要使天线效率高，就必须使天线与馈线良好匹配，也就是要使天线的输入阻抗等于传输线的特征阻抗，这样才能使天线获得很大的功率。
天线的输入阻抗对频率的变化往往十分敏感，当天线工作频率偏离设计频率时，天线与传输线的匹配变坏，致使传输线上电压驻波比增大，天线效率降低。因此在实际应用中，还引入电压驻波比参数，并且驻波比不能大于某一规定值。
2.2.3 效率
效率有辐射效率与天线效率之分。由于入射波反射的存在，不可能把入射功率全部提供到天线的输入端口作为天线的输入功率。同时，天线也不可能把馈线输入给它的输入功率全部辐射出去，总有一部分要损耗掉，如天线导线中的热损耗、介质中的介质损耗、地电流的损耗以及天线近旁物体吸收电磁波引起的损耗等等。
为了便于对概念的理解，先将天线有关的基本功率定义如：
入射功率P入：指发射机等提供给天线的功率；
反射功率P反：指天线反射回来的功率；
输入功率Pin：指天线接收到的功率；
损耗功率Pd：指由于导线、介质或者地电流等存在而损耗的功率；
辐射功率PΣ：指天线把发射机提供的功率扣除损耗辐射出去的功率；
根据以上定义，很容易得到：Pin=P入-P反=Pd+ PΣ。
天线的辐射效率ηA用以度量天线转换能量的有效性，它是天线的重要指标之一。它的定义是天线的辐射功率PΣ与输入功率Pin的比值，即：
(2,1)
天线效率ηA的取值范围通常在0%~100%之间。天线的输入功率一部分转化为辐射功率，另一部分转化为损耗功率。其中损耗功率由如下几部分组成：金属损耗、介质损耗和电磁损耗。当天线无金属损耗、介质损耗和电磁损耗时，ηA才等于1，通常ηA小于1，工程上对于加载天线或电小天线效率比较。
2.2.4 方向图
天线辐射的电磁波能量在空间的分布是不均匀的，天线的辐射方向性图（简称方向图）是用来表示天线的辐射参量随着空间方位变化的图形。这里的辐射参量可以是辐射的功率通量密度、场强、相位或者极化。若不特别说明，辐射方向图是指功率通量密度的空间分布或场强振幅的空间分布，即功率方向图或场强方向图。
在三文坐标中，方向图描绘的一个三文曲面称为立体方向图或者空间方向图。立体方向图形象、直观，但画起来复杂，工程上为了方便，常采用通过最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个互相正交的平面称之为主面，对于线极化天线来说通常取为E面和H面。
E面：指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面。
H面：指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面。
空间中电场矢量和磁场矢量是互相正交的，所以E面和H面也是互相正交的。
为了方便对各种天线的方向图进行比较，需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有：方向性系数（或方向性增益）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。
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