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一、定义
定向天线(Directional antenna)是指在某一个或几个特定方向上发射及接收电磁波特别强,而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。它的能量集中于一个特定的方向角范围内,就像手电筒的光束一样,只朝着一个特定的方向照射。
例如,常见的八木天线(Yagi - Uda antenna)就是一种典型的定向天线。它由一个有源振子(一般是半波振子)、一个反射器和若干个引向器组成。反射器的作用是将从有源振子向后辐射的电磁波反射回去,引向器则将电磁波引向前方,从而使天线的辐射方向集中在引向器所指向的方向。
二、应用领域
通信领域
无线通信基站:在蜂窝移动通信系统(如 4G LTE、5G 等)中,基站使用定向天线将信号集中向特定的覆盖区域发送。这有助于提高信号强度,扩大覆盖范围,并且减少对其他不需要覆盖区域的干扰。比如在城市环境中,基站定向天线可以将信号准确地覆盖到街道、建筑物内部等特定区域,提高频谱利用率。
微波通信链路:用于长距离的点对点通信,如两个山顶之间或者城市之间的通信链路。定向天线能够把微波信号集中在很窄的波束内,实现高效的信号传输。其增益较高,可以在较低的发射功率下实现远距离通信,同时减少信号在传输过程中的衰减和干扰。
卫星通信地面站:地面站的天线需要精确对准卫星方向,定向天线可以有效地接收来自卫星的微弱信号,并将信号准确地发送给卫星。这种高精度的指向性保证了卫星通信的质量,应用于电视广播、气象数据传输、军事通信等多个方面。
雷达系统
军事雷达:用于探测飞机、舰艇、导弹等目标。定向天线能够将雷达波集中发射到特定的空域,扫描可能出现目标的区域,增强对目标的探测能力。例如,防空雷达的定向天线可以在远距离上发现来袭的敌机,并且通过波束的指向确定目标的方位。
气象雷达:监测天气变化情况,如降水、风暴等。通过定向天线发射和接收雷达波,可以精确测量云层的位置、厚度、移动方向等信息。气象雷达的定向天线一般会进行 360° 旋转扫描,对大面积的天空进行监测。
无线局域网(WLAN)
在一些大型的园区、仓库或者办公楼宇的无线覆盖中,当需要对特定区域进行重点覆盖或者延伸覆盖距离时,会使用定向天线。例如,在校园的室外操场和体育馆之间建立无线连接,使用定向天线可以有效地将信号从一个建筑传输到另一个建筑,增强覆盖效果,减少信号在其他方向的浪费。