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一、各向同性辐射
在讲述实际中的天线之前，我们必须首先介绍一种纯理论化的天线一—各向同性辐射体（isotropicradiator)。想象一下，一副在外层空间中与所有其他东西完全隔离的无限小的天线，其形状为一点。再想象一下，有一个无限小的发射机给这副无限小的点天线馈电。现在你该对各向同性辐射体有了一点印象了吧。
这种仅在理论上存在的点源天线的唯一有用的特性是它向所有方向辐射相等的能量。这就是说，各向同性辐射体对任何方向都没有偏向性，换句话说，它完全没有方向性。
这种各向同性辐射体作为一种比较的尺度在实际测量一副天线时是很有用的。
稍后，你会发现所有的天线都会有一定程度的方向性，也就是说在某个方向辐射强些，在其他方向上辐射弱一些。
天线电流分布图实际使用中，天线不会在所有方向上有相同的辐射强度，在某些方向上其辐射强度甚至可能为零。天线的这种方向性（而各向同性辐射体是没有方向性的）并不意味着这是一件坏事。例如，接收从某个方向过来的信号的天线可以消除其他方向上的干扰和噪声，从而提高信噪比。
二、方向性和辐射方向图
天线的方向性是与其在自由空间中辐射出去的场强图样联系在一起的。这种显示在离天线固定远处，场强随天线的方向变化而变化的函数关系的真实或相对的图样，称为天线的方向图。我们虽然不可能实际地看见由天线辐射出来的电磁波所形成的方向图样，但我们可以考虑一个类似的情况。
天线圆图图1-7显示了在一个完全黑暗的房间里的一束电筒发出的光。为了量化我们的眼睛所看到的东西，我们使用摄影师所用的光强计来测量，并把其亮度分为0~10级。我们把光强计放在电筒的正前方，并调整光强计与电筒的距离，使光强计读数为10，即满量程。我们还要认真地记下光强计与电筒的距离。然后，保持光强计与电筒的这个距离以及光强计离开地面的高度，把光强计按箭头所示方向绕电筒移动，在若干个不同的位置记下光强计的读数。
图1-7电简照亮整个黑暗区域的光束情况图1-7电简照亮整个黑暗区域的光束情况。读数来自照相用的光度计沿着圆圈取16个点值，用于表示出电筒的照射图形。
记下所有读数后，我们把这些读数记在极坐标纸上，如图1-8所示。完成后，我们就能画出电筒光的方向图样了。
图1-8图1-7中电筒光的照射图形图1-8图1-7中电筒光的照射图形。这些测量值用平滑曲线连接起来而画出。
天线回波损耗天线的方向图也可以用类似的方法进行测量。对待测的天线加上一定的功率，用场强仪测量信号的强度。我们可以转动待测的天线，而不是移动测量仪器。我们也可以利用天线的互易原理，天线的接收图样和发射图样是一样的。给小功率发射机接上天线，对待测天线发射，而待测天线则连接到测量仪器上。另外关于测量天线方向图的技术在“天线和传输线测量”一章中介绍。
三、近场和远场
一些必要的预防措施可以保证测量的精确度和重复性，最重要的是防止源和接收天线之间相互耦合（它可能改变你正试图测量的方向图）。
这种相互耦合会在离待测天线很近的区域发生。这个区域称为天线的电抗性近区场区域。“电抗性”指的是发射天线和接收天线的互阻抗在本质上可以呈容性，也可以呈感性。电抗性近区场有时也被称为感应场，意思是在这个区域中，磁场通常相对于电场来说处于支配地位。这时，天线就像一个非常大的集总参数的电感或电容，在近区场储存着能量而不是通过空间发射出去。
天线远场示意图对简单的导线天线来说，电抗性近区场通常被认为是离天线辐射中心半个波长的区域。在稍后提及八木天线和方框天线的章节中，你会发现天线单元之间的相互耦合可以被有目的地用来改变天线的方向图。但对测量天线的方向图来说，我们不希望两副天线离得太近。
在电抗性近区场中，场强随待测天线距离变化的规律是十分复杂的。越过电抗性近区场后，天线的辐射场又分为辐射近区场和辐射远区场。历史上，辐射近区场和远区场曾被分别称为Fresnel场和Fraunhofer场。但这两个术语已经很少用了。虽然在电抗性近区场中，电抗性场占主要地位，但辐射场与电抗性场是共存的。
这些区域的界线十分模糊，专家们也一直为哪里是一个区域的开始、哪里是一个区域的结束而争论不休，但辐射近区场和辐射远区场的界线的定义则被广泛接受为：
＝（1-5）
其中L为天线的最大物理尺寸。这个定义的单位仍为波长2。请记住，有很多天线并不严格地遵守式（1-5)的规定。图1-9描述了普通线天线的3种场。
我们余下的内容中我们主要讨论天线的辐射远区场，正是天线的辐射远区场把电磁波传播开去的。远区场辐射的一个显著特点是场强与距离成反比，而且虽然电场与磁场在波前处是正交的，但在时间上是同相的。
全部能量在电场与磁场间平均分配。离天线数个波长以外，就是我们要考虑的全部的场了。要准确地测量天线的辐射场，我们必须把测量仪器放在离待测天线数个波长以外的地方。
图1-9辐射天线周圈的场非常接近天线的是电抗场区域，在这个区域内，天线与任何其他测量天线都存在互阻抗。在电抗场外圈是近场辐射区，直到大约为，其中为天线最大尺寸长度。在近场/远场区边界之外，存在远场籍射，其功率密度随着辐射距高的平方倒数变化。
四、辐射方向图的类型
在电筒光强的测量例子中，所测量平面上的离地面的距离都是一样的。在自由空间放置一个半波偶极天线（见“偶极和单极天线”章节），在单个平面上对其进行测量（包括天线的连接线在内）所得到的方向图与图1-10（A)相似，该天线位于双箭头所指定方向的中心处。在其连接线的轴向位置辐射最强，越到两端时，天线几乎没有辐射。
辐射方向图是描述一个天线方向性的图形。该图形一般画在极坐标系中，角度量表示图中中心位置到外环的方向和大小。像8字形的平滑曲线表示了在每一个角度上天线辐射信号的相对强度。
图1-11所示的方向图给出了零点（辐射强度最小的点）位置和波瓣（两个零点之间的曲线)形状。除了特别注明和几个图形之间的对比之外，主瓣是指在整个波瓣中辐射强度最强的那一瓣，以下两种情况除外，即特别注明的一些较大辐射强度和几个对比图显示的最大辐射强度。主瓣峰值所在的外环位置被当作一个参考点。主瓣峰值可以位于任何角度。其他所有的波瓣都被称为旁瓣，而且其位置也可以是任何角度，包括天线的背面。方向图中除了主瓣和零点之外，还标出了所谓的“半功率点”，这些点处的功率是主瓣峰值的一半。
图1-10自由空间中偶极天线的辐射方向图在图（A）中，辐射图形平面包含了导线轴线，每个虚线箭头长度表示了在此方向上，与导线轴线成直角方向的最大辐射为参照的相对场强。在大约45和°的箭头为半功率或-3dB点。图（B）所示的网格线表示了同一天线的立体辐射图。这些同样的辐射图可以用于任何短于半波长度的中心馈电偶极天线。
图11图1-11自由空间中一个三单元八木定向天线的方位角方向图，八木天线的横梁沿0~的轴，定向单元在方向图平面内。
实际上，任何天线的方向图都是三维的，因此单个平面上的绘制是不够的。自由空间中的立体方向图是通过测量离天线中心等距离的球面（想象中的球面）上每一个点的强度构建的，这样测得的信息就可以构成一个立体的图样。在任何给定的方向上，如图1-10（B)所示，球面上的点到固定点（天线的位置）的距离都和天线在该方向上的场强是成正比的。图1-10（B)所示为半波偶极子天线的三维立体辐射方向图。图1-10（A)可以被看作是三维立体图在其天线轴上的一个横截面。两个这样的图（即一个包含偶极天线的直导线，一个包含垂线）可以传达大量的信息。通过观察这两个平面图，然后再经过头脑的想象和加工，我们就可以虚构成相对精确、完整的立体方向图，前提是这种天线就像图1-10所示的简单偶极子天线一样，而且它的方向图是平滑的。
1、方位角和仰角方向图
当天线架设在地面上而不是在自由空间时，对于该天线的方向图，我们将自动得出两个参考框架一—方位角和仰角。方位角通常以天线的最大辐射角度为参照，并把此角度定义为0°，或者以地理正北作为方向角的参考，地理正北是指实际指南针所指的方向。
仰角是以地表水平面为参照，认为地表水平面是0°，虽然地球是圆的，但是由于其曲率很大，所以在这里可以认为天线下方所处的区域是平的。90°的仰角就是天线的正上方（顶角），然后这个角度朝后减为0，即天线的正后方。（专业的天线工程师描述天线方向时以天线正上方的点作为参考，即使用项角。仰角可以由90°减去顶角得到。）
图1-11所示为一个方位角或者顶角方向图。从图中可以看出该天线在所有水平方向上的增益。与地图一样，0度角在最上方，其他角度沿着轴线顺时针的增加。（这个不同于产生数学函数的极坐标图，即0°在最右边，其他角度沿着轴线逆时针的增加。）图1-12所示为同样天线的一个仰角方向图。不过这次从图中看到的是该天线在所有垂直方向上的增益。在负仰角处，地面反射了或阻碍了电磁波的辐射，这就没有必要画出地下辐射图。在自由空间，该辐射图不包括底部-90°的半圆。
然而，若没有参考地面，术语“仰角”就没有多大意义了。
图1-12高于地面天线方向图图1-12高于地面1/2波长的三单元八本天线的仰角图，八木天线的横梁沿0°到0°的轴，并且在同一轴上单元都垂直于纸面。
在业余无线电领域，场强的相对值就足够了。换句话说，我们并不需要知道在天线加入一定功率下，在离天线1英里处会产生多少士V/m的电场（但在FCC标准中，这是AM广播天线系统必须符合的规定）。
无论收集到（或用理论公式计算出来）什么数据，我们经常对其值归一化，使最大值刚好达到图表的外沿。在极坐标系中，方向图的形状并不会随归一化而改变，改变的只有方向图的大小。（请参阅本章最后的侧栏“辐射方向图的坐标尺度”——关于如何选择坐标尺度的信息。）
2、E面和H面方向图
你也会碰到E面和H面辐射方向图。这些可以显示与天线电场或磁场平行平面的辐射方向图。对于具有水平单元的天线，电场位于水平平面，所以E面辐射图和天线的方位角辐射图是一样的。由于磁场方向和电场方向是垂直的，所以H面辐射方向图所在的平面和E面辐射方向图所在的平面也是垂直的。如果E面辐射方向图是一个方位角式的方向图，那么H面辐射方向图将会是一个仰角式的方向图。
注意E面和H面辐射方向图和地球表面没有固定的关系，记住这一点是非常重要的。例如，一个水平偶极子天线的E面辐射方向图是一个方位角式的方向图，如果该天线处于垂直方向，那么其E面辐射方向图就随之变为一个仰角式辐射方向图。因此，大部分的E面辐射方向图和H面辐射方向图在自由空间中的天线系统中被创造。
3、分贝的介绍天线的功率增益通常用分贝表示。分贝是实际中常用来街量功率比值的单位，因为这种表示方法比功率比本身更紧密地把功率在远处产生的实际作用联系在一起。一个分贝代表了刚好可以检测到的信号强度变化，而不论信号强度的实际值是多少。例如，20分贝（dB）的信号强度，代表了检测到了信号强度增加了20格。20dB相对应的功率比（：1）在通信中则是比较夸张的想法。任何功率比所对应的分贝值等于功率比的常用对数值的10倍，即如果给出的是电压比，则分贝值等于电压比的常用对数值的20倍，即在使用电压比的时候，所测得的两个电压值必须是在相同阻抗的前提下得出的，否则得出的分贝值是没有意义的，因为从根本上说测量电压比就是为了测量功率比。使用分贝表示的主要原因是连续的功率增加用分贝表示时，只需把分贝值简单地相加。因此增益3dB再增益6dB后，其总增益为9dB.如果用普通的功率比，这些比值就要相乘了。功率的减小也只需简单地减去相应的分贝值就可以了，因此，功率减小为原来的一半对应于分贝值减小3dB.例如，如果在系统的其中一部分中功率增加到原来的4倍，而在另一部分中功率减小为原来的一半，则总功率增益为4×0.5=2，也就是6-3=3dB.功率的减小或“损失”用分贝表示只需简单地在分贝值前加上一个负号。当和以是一些圆定的参考值，所添加的字母“dB”是指关于参考值的分贝。这也允许电压和功率的绝对值用dB表示。在业余无线电中，你常常会碰到dBm(=1mW)和dBV（=1V).更多关于分贝的信息请阅读ARRL网站上“分贝和功率”栏目，其网址为