由於天線的特殊設計，可以使輻射密度集中在某一空間方向。 無損天線方向性的衡量標準是天線增益。 它與天線的方向性密切相關。 與僅描述天線的方向特性的方向性相比，天線增益還考慮了天線的效率。
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因此，它代表實際的輻射功率。 這通常小於發射器提供的功率。 然而，由於此功率比方向性更容易測量，因此天線增益比方向性更常用。 在考慮無損天線的假設下，方向性可以設定為等於天線增益。
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參考天線用於定義天線增益。 在大多數情況下，參考天線是在所有方向上均勻輻射的無損假設全向輻射器（各向同性輻射器或天線），或者是簡單的偶極天線，至少在所考慮的參考平面中。
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對於待測天線，確定一定距離處的輻射密度（每單位面積的功率），並與使用參考天線獲得的值進行比較。 天線增益是兩個輻射密度的比值。
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例如，如果定向天線在某個空間方向上產生的輻射密度是各向同性天線的200倍，則天線增益G的值為200或23dB。
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天線圖案
天線方向圖是天線輻射能量空間分佈的圖形表示。 根據應用，天線應僅接收來自某個方向的訊號，而不接收來自其他方向的訊號（例如電視天線、雷達天線），另一方面，汽車天線應能接收來自所有可能方向的發射機。
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天線輻射方向圖是天線輻射特性元素的圖形表示。 天線方向圖通常是天線方向特性的圖形表示。 它表示能量輻射的相對強度或電場或磁場強度的量作為天線方向的函數。 天線圖是透過電腦上的模擬程式測量或產生的，例如，以圖形方式顯示雷達天線的方向性，從而估計其性能。
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與向飛機各個方向均勻輻射的全向天線相比，定向天線偏向於一個方向，因此可以在該方向上以較低的發射功率實現更遠的覆蓋範圍。 天線輻射方向圖以圖形方式說明了透過測量確定的偏好。 由於互易性，保證了天線的相同的發射和接收特性。 此圖顯示了傳輸功率作為場強的方向分佈以及接收期間天線的靈敏度。
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所需的方向性是透過天線的有針對性的機械和電氣結構來實現的。 方向性表示天線在特定方向上接收或發射的效果。 它以圖形表示（天線方向圖）表示為方位角（水平圖）和仰角（垂直圖）的函數。
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使用笛卡爾或極座標系。 圖形表示中的測量可以具有線性或對數值。
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使用多種顯示格式。 笛卡爾座標係以及極座標係都很常見。 主要目標是在水平（方位角）顯示完整 360° 表示的代表性輻射圖，或在垂直（仰角）大部分僅顯示 90 或 180 度的輻射圖。 來自天線的數據可以更好地用笛卡爾坐標表示。 由於這些資料也可以列印到表格中，因此通常首選極座標中更具描述性的軌跡曲線表示。 與笛卡爾座標系相反，它直接指示方向。
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為了便於操作、透明度和最大的多功能性，輻射方向圖通常被歸一化到座標系的外緣。 這意味著測量的最大值與 0° 對齊並繪製在圖表的上緣。 輻射方向圖的進一步測量通常以相對於該最大值的 dB（分貝）為單位顯示。
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圖中的比例可能會有所不同。 常用的繪圖比例尺有以下三種： 線性、線性對數和修正對數。 線性標度強調主輻射束，並且通常抑制所有旁瓣，因為它們通常小於主瓣的百分之一。 然而，線性對數標度可以很好地表示旁瓣，並且當所有旁瓣的電平都很重要時，線性對數標度是首選。 然而，由於主瓣相對較小，它給人的印像是天線很差。 修改後的對數標度（圖 4）在將極低電平 (<30 dB) 旁瓣壓縮到模式中心時強調了主波束的形狀。 因此，主瓣是最強旁瓣的兩倍，這有利於視覺呈現。 然而，這種表示形式很少在技術中使用，因為很難從中讀取準確的數據。
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水平輻射方向圖
水平天線圖是天線電磁場的平面圖，以天線為中心的二維平面表示。
這種表示法的目的是簡單地獲得天線的方向性。 通常，值 -3 dB 也以刻度上的虛線圓圈形式給出。 主瓣與此圓之間的交點產生了所謂的天線半功率波束寬度。 其他易於讀取的參數是前進/後退比，即主瓣和尾瓣之間的比率，以及旁瓣的大小和方向。
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對於雷達天線，主瓣和旁瓣之間的比率很重要。 此參數直接影響雷達抗干擾程度的評估。
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垂直輻射方向圖
垂直圖案的形狀是三維圖形的垂直橫切。 在所示的極座標圖中（四分之一圓），天線位置是原點，X 軸是雷達範圍，Y 軸是目標高度。 其中一種天線測量技術是使用 Intersoft Electronics 的測量工具 RASS-S 進行太陽頻閃記錄。 RASS-S（站點雷達分析支援系統）是一個獨立於雷達製造商的系統，用於在操作條件下透過連接到現有可用訊號來評估雷達的不同元件。
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圖 3：具有餘割平方特性的垂直天線方向圖
在圖 3 中，距離的測量單位為海裡，高度的測量單位為英尺。 由於歷史原因，這兩種測量單位仍在空中交通管理中使用。 這些單位具有次要意義，因為繪製的輻射量被定義為相對水平。 這意味著視軸已經獲得了借助雷達方程式計算出的（理論）最大範圍值。
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圖表的形狀僅提供所需的資訊！ 要獲得絕對值，您需要在相同條件下測量第二個圖。 您可以比較這兩個圖表並意識到天線性能的過度增加或降低。
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徑向線是仰角的標記，此處以半度為單位。 x 軸和 y 軸的縮放比例不相等（許多英尺與許多海裡）會導致高程標記之間的非線性間距。 高度顯示為線性網格圖案。 第二個（虛線）網格的方向是地球的曲率。
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天線圖的三維表示大多是電腦產生的影像。 大多數時候它們是由模擬程式產生的，它們的值與實際測量的圖驚人地接近。 產生真實的測量圖意味著巨大的測量工作，因為影像的每個像素都代表自己的測量值。
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機動車輛雷達天線的笛卡爾座標天線方向圖的三維表示。
（功率以絕對水平給出！因此，大多數天線測量程序都會選擇這種表示方法的折衷方案。只有穿過天線的圖的垂直和水平部分才能用作實際測量。
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所有其他像素的計算方法是將垂直圖的整個測量曲線乘以水平圖的單一測量值。 所需的計算能力是巨大的。 除了在演示中提供令人愉悅的表示之外，它的好處也是值得懷疑的，因為與兩個單獨的圖（水平和垂直天線圖）相比，無法從該表示中獲得新資訊。 相反：特別是在外圍區域，透過這種折衷產生的圖表應該與實際情況有很大偏差。
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此外，3D 繪圖可以用笛卡爾座標和極座標表示。
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雷達天線的波束寬度通常被理解為半功率波束寬度。 透過一系列測量（主要在電波暗室中）找到峰值輻射強度，然後找到位於峰值兩側的點，這些點代表提高到半功率的峰值強度。 半功率點之間的角距離定義為波束寬度。 [1] 半功率（分貝）為 −3 dB，因此半功率波束
