天线基本原理及常用天线介绍
物理天线知识点总结
物理天线知识点总结一、天线的分类天线可以根据它的结构、工作频率、工作方式等不同特征进行分类。
根据天线的结构，天线可以分为线性天线、面状天线、体状天线等。
根据天线的工作频率，天线可以分为超高频天线、甚高频天线、高频天线等。
根据天线的工作方式，天线可以分为接收天线、发射天线、双工天线等。
此外，根据天线的工作原理，天线还可以分为定向天线、全向天线等。
二、天线的工作原理天线是通过改变电流和电压的分布来产生电磁波。
当电流通过天线时，会在天线上产生一个电磁场。
这个电磁场会向周围空间辐射出去，形成电磁波。
同时，当有外界的电磁波作用在天线上时，天线也会感应出电流和电压。
这样，天线在电磁波的发射和接收中发挥作用。
三、天线的设计方法天线的设计是一个复杂的过程，需要考虑多种因素，包括天线的工作频率、方向性、增益、波束宽度、阻抗匹配等。
在天线的设计中，通常需要用到一些工具，如天线模拟软件、电磁场仿真软件等。
天线的设计方法包括复合结构天线的设计、微带天线的设计、阵列天线的设计等。
这些设计方法大大提高了天线的工作性能和可靠性。
四、天线的性能分析天线的性能分析是对天线的工作性能进行评估和优化的过程。
通过对天线的参数和特性进行测试和分析，可以了解天线的工作状况和性能指标，为天线的改进和优化提供依据。
常用的天线性能分析方法包括天线参数测量、天线阻抗匹配、波束宽度测量等。
五、天线的应用天线在无线通信、雷达、卫星通信、电视广播等领域中有着广泛的应用。
在无线通信系统中，天线是信息传输的关键设备，它的工作性能直接影响到通信系统的稳定性和可靠性。
在雷达系统中，天线是用来发射和接收雷达信号，它的性能直接影响到雷达的探测性能和分辨率。
在卫星通信系统中，天线是用来与卫星间进行通信，它的性能直接影响到卫星通信的质量和覆盖范围。
在电视广播系统中，天线是用来接收广播信号的，它的性能直接影响到电视节目的清晰度和稳定性。
总结：物理天线是无线通信和雷达系统中不可或缺的重要组成部分。
天线基本知识介绍
天线基本知识介绍天线是将电信号转换为电磁波并将其传输或接收的装置。
它是电磁学的一个分支，用于无线通信、电视和广播接收、雷达以及天体物理学研究等领域。
本文将对天线的基本知识进行介绍。
1.天线的作用和原理：天线的主要作用是将电信号转换为电磁波并将其辐射到空间中，或者将接收到的电磁波转换为电信号。
它的工作原理基于法拉第电磁感应定律和亥姆霍兹理论，即通过电流在导体中产生的磁场和由变化的磁场产生的感应电流来实现电磁波的辐射或接收。
2.天线的分类：天线可以根据其结构、工作频率、功率和应用等方面进行分类。
根据结构，天线可分为线性天线（如偶极子天线）、面型天线（如片极天线、光波导天线）和体型天线（如反射天线、波导天线）。
根据工作频率，天线可分为超高频、高频、甚高频、极高频和微波天线等。
根据功率，天线可分为小功率天线和大功率天线。
根据应用，天线还可细分为通信天线、雷达天线、电视天线、卫星天线和微波天线等。
3.天线参数：天线的性能取决于其设计参数。
常见的天线参数包括增益、方向性、波束宽度、驻波比、频率响应、极化方式和带宽等。
增益是天线辐射功率与等效输入功率之比，方向性衡量天线在一些方向上的辐射能力，波束宽度是主瓣的半功率宽度，驻波比是反射功率与输入功率之比，频率响应表示天线在不同频率下的性能表现，极化方式表示电磁波的电场分量与地面垂直或平行的相对方向，带宽表示天线能够工作的频率范围。
4.天线设计方法：天线的设计是一个综合考虑电磁学原理、工作频率和应用要求的过程。
常见的天线设计方法包括试验法、数值法和半经验法。
试验法通过制作实物天线并进行实际测量来调整参数和优化天线性能。
数值法使用计算机模拟和数值算法来预测和分析天线性能，例如有限元法、谱域法和时域法等。
半经验法结合实验和数值方法，通过经验公式和优化算法来设计天线。
5.天线应用：天线的应用非常广泛，涵盖了通信、广播、雷达、航天、医疗和科学研究等领域。
在通信领域，天线用于无线电通信、移动通信和卫星通信等。
完整版天线基本原理
完整版天线基本原理天线是一种将电磁场能量转换成电信号或者将电信号转换成电磁场能量的无线通信线路组件。
它是无线通信系统的重要组成部分，通过接收和发射电磁波，将信息传递至接收器或者环境中。
1.天线的基本原理天线的基本原理是根据远离电流源的点的法向辐射电场的方向来确定。
当电流通过导线时，会在其周围产生电磁场。
这个电磁场包含自电场和磁场两部分。
2.天线的结构天线的常见结构包括金属导线、金属片和金属网格等。
导线型天线广泛应用于各种通信系统中，如普通天线、微带天线、螺旋天线等。
导线型天线通常由金属材料制造，包括铜、铝和银等。
导线的长度和形状会影响天线的工作频率和辐射模式。
3.天线的工作原理天线的工作原理可以简单描述为接收和发射电磁场能量。
当电磁波到达天线时，它们会在导线上引起电磁感应现象，导致电子在导线中运动，进而形成感应电流和电磁场。
接收天线将电磁波转化为电信号，通过连接到接收器或接收电路的导线将信号传递给接收器，然后接收器将其转化为有用的信息。
发射天线接收到电信号后，将其转化为电磁波，并通过导线发射出去。
4.天线的工作频率和辐射模式天线的工作频率是天线接收和发射电磁信号的频率范围。
不同类型的天线对应不同的工作频率范围。
天线的长度和形状会影响天线的共振频率。
天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射能力，它受到天线的结构和工作频率的影响。
辐射模式通常用辐射图来表示，辐射图描述了天线在各个方向上的辐射能力。
5.天线的增益和效率天线的增益是指天线在一些方向上辐射能量的能力，与参考天线（理想天线）相比较。
增益越大，则天线在特定方向上的辐射能力越好。
天线的效率是指天线将输入能量转换为输出能量的比率。
天线的效率受到天线材料、结构和工作频率的影响。
提高天线效率的方法包括减少导线损耗、减少表面反射损耗等。
6.天线的常见类型常见的天线类型包括偶极子天线、螺旋天线、微带天线、天线阵列等。
偶极子天线是最常见和最简单的天线，它由两个导线构成，用于发射和接收电磁波。
天线工作原理
天线工作原理天线是无线通信系统中不可或缺的设备，它起到接收和发送无线信号的作用。
本文将详细介绍天线的工作原理及其相关知识。
一、天线的基本概念天线是将电信号转化为电磁波或将电磁波转化为电信号的设备。
它一般由导电材料制成，如金属，并根据特定的原理进行设计和调整。
天线可以分为接收天线和发射天线两种类型。
二、天线的工作原理天线的工作原理基于电磁波的发射和接收。
下面将分别介绍接收天线和发射天线的工作原理。
1. 接收天线的工作原理接收天线通过接收电磁波将其转化为电信号。
当电磁波经过天线时，它会激发天线中的电荷，产生电流。
这个电流会经过连接到天线的电路，从而实现信号的解调和放大。
最终，这个电信号可以被传递到无线接收器，用于进行进一步的处理和解码。
2. 发射天线的工作原理发射天线将电信号转化为电磁波，以便进行无线传输。
当电信号通过连接到天线的电路时，它会产生交变电流。
这个交变电流会导致天线上的电荷也发生交变，从而产生电磁波。
这些电磁波会在空间中传播，并被接收天线接收到。
同样地，接收天线会将电磁波转化为电信号，以进行进一步的处理和解码。
三、天线的优化设计为了提高天线的工作性能，可以进行一些优化设计。
下面列举一些常见的优化设计方法。
1. 天线长度调整：天线的长度对于接收和发射的频率有直接影响。
通过调整天线的长度，可以使其与所传输的频率匹配，从而提高效率。
2. 天线形状设计：天线的形状对于天线的辐射模式有重要影响。
通过设计合适的天线形状，可以实现不同方向的辐射或接收，以满足具体的通信需求。
3. 天线材料选择：天线的材料对于信号的传输和接收也有一定影响。
根据需要选择导电性能好、损耗小的材料，以提高天线的性能。
四、天线在无线通信中的应用天线广泛应用于各种无线通信系统中，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
下面列举几个常见的应用场景。
1. 移动通信：天线用于手机、基站等设备中，将电信号转化为电磁波进行传输，以实现无线通信。
天线基本原理及常用天线介绍
（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
七.天线的增益
9、增益的定义
增益是指在输入功率相等的条件下， 实际天线与理想的辐射单元在空间 同一点处所产生的场强的平方之比， 即功率之比。增益一般与天线方向 图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、 副瓣越小，增益越高。
入射波幅度 （ＺL＋Ｚ。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压
驻波比(VSWR)
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax
（1+Γ）
驻波系数Ｓ＝──────────────＝────
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin
（1-Γ）
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数
越接近于１，匹配也就越好。
4、天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
垂直极化 + 45度倾斜的极化
水平极化 - 45度倾斜的极化
双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
天线辐射的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的 能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向 传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲 线通常用方向图来表示.
实测三维方向图
z
观察点
θ
后r
O φ
x
前
y
6、前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线 定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来 自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
后向功率
前向功率
以dB表示的前后比
第六章 天线基本原理与技术
分贝数表示为：D 10lg1.5 1.76(dB)
19:22
电子科技大学电子工程学院
微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4.5
输入阻抗
输入阻抗和输入电压 U in 和电流 I in的关系是
U in Z in Rin X in I in
注：输入阻抗取决于天线本身的结构与尺寸、工作频率以及邻近天 线周围物体等的影响。 1 l le Idz 6.4.6 有效长度 I 0 l 天线有效长度定义：在保持实际天线最大
Idl j r E j 60 sin e r
19:22
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微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4 天线的电参数
6.4.1 天线方向性特性参数 一、方向函数
方向函数：描述天线的辐射强度与空间坐标之间的函数关系，分
场强方向函数和功率方向函数。 场强方向函数F ( , )：由辐射场电场表达式中与方位有关的表达
第六章
天线基本原理与技术
辐射电阻RΣ：
辐射电阻定义: 某电阻上通过电流等于天线上的最大电流， 若其损耗的功率等于天线的辐射功率 ，则该电阻值即为该天 P 线的辐射电阻。
1 2 2 P P I m R R 2 2 Im
天线的辐射电阻表示了天线辐射电磁波的能力，与馈电电流 的大小无关，是天线自身具有的属性。
半功率主瓣宽度 2 0.5 ：功率方向图中两个半功率点之间的角
宽度，或场强方向图中最大场强的1
宽。
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0
2 10 °
2 两点之间的角宽度；
天线基本原理
天线基本原理
天线基本原理是指利用特定的结构和材料，将电能转换为电磁波能量或者将电磁波能量转换为电能的装置。
天线主要由导体构成，其长度和形状与所接收或发射的电磁波的频率密切相关。
天线的基本原理可以用以下几个方面来描述：
1. 辐射原理：在接收模式下，天线通过感应来接收电磁波，并将其转换为电信号；而在发射模式下，电信号通过天线转换为电磁波并辐射出去。
2. 感应原理：天线通过电磁感应的原理来接收电磁波。
当电磁波通过天线时，产生在导体上的电势差和电流，从而实现将电磁波转化为电信号。
3. 辐射模式：天线的辐射模式取决于其结构和形状。
不同结构和形状的天线在空间中会形成不同的辐射图案，这决定了其方向性、增益和频率响应等特性。
4. 驻波原理：天线长度与电磁波的波长密切相关。
当天线长度与频率匹配时，电磁波将会在天线内部产生驻波，从而实现能量的传输。
5. 阻抗匹配：在天线系统中，为了最大化能量传输效率，需要实现发射源和天线之间的阻抗匹配。
阻抗不匹配会导致能量反射和损失。
通过对天线的基本原理的了解，人们可以设计和优化天线以满足特定的通信需求。
天线在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域中发挥着重要的作用。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--天线工作原理与主要参数一、天线工作原理与主要参数<BR>天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。
合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。
(一)天线的作用<BR>各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。
任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。
所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。
当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。
但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。
只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。
天线的另一个作用是”能量转换”。
大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。
反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。
显然这里有一个转换效率问题。
天线增益越高，则转换效率就越高。
(二)天线的分类<BR>天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。
此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。
<BR>为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。
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间中的电磁波转化为传输线中的高频
电磁能。因此，要了解天线的特性就
必然需要了解自由空间中的电磁波及
高频传输线的一些相关的知识。
3、天线的工作频率范围(带宽)
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的 频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能 输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将 减小，据此可定义天线的频率带宽。
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本
3G（1710～2170MHz）频段的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本
超宽频、多频天线
现在一副天线相当于原来的9副天线，并且具备电调功能。
2、多频天线
多频天线主要是指在一个天线频段内包含 三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频 天线。正如前边所介绍的：
806~869 824～896 870～960 1710～1880 1850～1990 1920～2170
806～960MHz 一副天线
1710~2170MHz 一副天线
806~960MHz的超宽频天线
2、特型天线 赋形天线 HTDBFS096515 预制下倾天线HTDBS08／096515、18（3、6、9） 公路双向天线 HTSX08、09、70、14 公路兼镇天线 HTD08、09、210、13 窄波束高增益天线 HTDBS08／093021 连续电可调倾角天线 HTDTBS096515／17／18 双频双极化电调天线HTDTBS08／09／18 65／65 15／17／ 18 电调双天线：HTDTBSS1721／1721 65／65 18／18 电调双波束天线：HTDTBSS1721／172130／30 20／20 电调多频天线：HTDTBSSS0809／1718／192165／65／65／ 17／17／17
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数 越接近于１，匹配也就越好。
电压驻波比（VSWR）对网络的影响： VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
2.0 1.8 1.5 1.4
25%
11% 8% 4% 2.8%
2.15dB
0.86dB 0.67dB 0.36dB 0.21dB
有几种不同的定义：
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说， 就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
内容提要
一、天线的基本原理
二、常用天线介绍 三、特型天线介绍
一、天线的基本原理
1、什么是天线?
• 把从传输线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号
Blah blah blah bl ah
2、天线的作用
将传输线中的高频电磁能 转成为
自由空间的电磁波，或反之将自由空
反射系数Γ ＝─────
入射波幅度 反射波幅度 （ＺL－Ｚ。）
＝───────
（ＺL＋Ｚ。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压 驻波比(VSWR)
驻波系数Ｓ＝──────────────＝────
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ ）
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax
（1+Γ ）
更加集中的信号
形成定向辐射的原理
反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线
(顶视)
“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/4mW) = 3dB
与国际接轨的 天性辐射特性
5、方向图
一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求 把“面包圈” 压成扁平的
对称振子组阵能够控制辐射，能构成“扁平的面包圈”
一个对称台振子
假设在接收机中有1mW功率
在阵中有4个对称振子
在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关
（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
七.天线的增益
9、增益的定义
增益是指在输入功率相等的条件下， 实际天线与理想的辐射单元在空间 同一点处所产生的场强的平方之比， 即功率之比。增益一般与天线方向 图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、 副瓣越小，增益越高。
40%
18% 14% 8.0% 4.7%
1.3
1.2
1.7%
0.8%
0.13dB
0.07dB
2.9%
1.1%
多径传播与反射
用分集接收改善信号电平
二、几种常用天线的介绍
由于地理环境差异很大，因此，需要各种类型的天线，如何 选择天线，是网络规划设计的一项重要工作。 基站天线的分类 1、常规天线 1）、HTQ-08／09-11（0、3、5、7） 2）、HTDB08／096518（0、3、6、9） 3）、HTDBS 08／09 65／90 15/17/18dB（0、3、6、9） 4）、HTDBSS 08／09／18 65／65 15／17／18（0、3、6、9） 5）、HTDTBS08／09／18 65 15／17／18
传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲
线通常用方向图来表示.
方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的
发射或接收电磁波的能力。
天线的主要技术指标
驻波比 天线匹配指标 隔离度 增益 天线辐射特性指标 主瓣波束宽度 第一副瓣抑制 前后比 轴向 交叉极化比 ±30 3dB 波束效率 10dB 3dB 杂散因子 10dB ≤1.4 ≥30dB 15dBi,17dBi,18dBi 65度,90度 -18dB/-22dB ≥30dB 20 15 >70% >96.5% <30% <3.5%
目的是有一个尽可能小的反向功率
7、波束宽度
在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣 ，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图 的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越 好，抗干扰能力越强。
3dB 波束宽度 - 3dB点 峰值 - 3dB点 120° (eg)
4、天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
天线辐射的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的
能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz 天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
无线电波的极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化 的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电 波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波。
朝前: 10W 50 ohms 返回: 0.5W 80 ohms 9.5 W
这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB
VSWR 是反射损耗的另一种计量
在不匹配的情况下 , 馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠 加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹； 而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。 其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。 反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。
方位即水平面方向图
10dB 波束宽度 - 10dB点 峰值 - 10dB点
60° (eg)
Peak - 3dB
15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg)
Peak - 10dB
Peak Peak - 10dB
俯仰面即垂直面方向图
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
8、方向图在移动组网中的应用
实测三维方向图
z
观察点
θ
后
O
6、前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线 定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来 自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
后向功率 以dB表示的前后比 = 10 log
(前向功率) (反向功率)
前向功率
典型值为 25dB 左右
例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的 关系，可算出：
增益（dB） 1 2 3 4 覆盖距离（d1/d2） 1.12 1.26 1.41 1.58
5
6
1.78
2
全向天线增益与垂直波瓣宽度
10、 天线增益与方向图的关系 一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增 益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可 用下式近似表示
反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响， 故