1. 辐射功率密度：

天线辐射的电磁波为球面波，但在以天线上某点为圆心、远场距离r为半径的一个球面上，取天线最大指向方向邻近范围的一小块面积，在此小块面积上的电磁波可近似平面波。电磁波的传播方向和功率密度可以用坡印廷矢量来描述，它是电场和磁场的矢量积： S=E×H*   (W/m2) 式中，E为电场强度矢量，单位V/m；H为磁场强度矢量，单位A/m。上标*表示取复数共轭。坡印廷矢量的方向与电场和磁场方向都垂直，三者构成右手螺旋法则。 平均功率密度W可表示为： 式中，η是介质本征阻抗。 功率密度可以表示为一个球面的能量流，对包围天线的封闭曲面上对功率密度求闭合曲面积分，可求出天线辐射的总功率P。 式中，dΩ=sinθdθdφ是立体角的微分。 在各向同性情况下，上式可简化为： P=4πr2Wr(r)

2. 辐射强度：

给定方向上的辐射强度定义为天线在单位立体角内所辐射的功率。半径为r的球面面积为4πr2，其立体角为4π，在给定方向上的辐射强度U(θ,φ)的数学表示为： 由于W(r,θ,φ)与r2相乘正好消去了r2，因此天线的辐射强度是一个与距离无关的量，也可看成是功率密度对距离的归一化。 根据上式，天线总辐射功率可简化为：

3. 方向性系数：

方向性系数是表征天线辐射的能量在空间分布的集中程度，即定向性，常用相同辐射条件下的天线在给定方向的功率密度与各向同性的点源功率密度之比来表示： 结合上面两式，方向性系数可进一步表示为： 由上式，得到最大方向性系数D：

4. 增益：

方向性系数是基于天线的辐射功率来考虑的，没有考虑天线材料损耗和因阻抗失配引起的反射功率等因素。天线增益是基于天线的输入功率来考虑的，更能反映实际辐射的性能。 考虑输入功率Pi，对各向同性天线： 通常，天线的增益均是指最大辐射方向的增益，因此上式可写成： 根据上面两式，增益与方向性系数之间的差别就在于一个是Pi一个是P，可得增益与方向性系数之间的关系： 式中，ηe称为天线效率，包括损失和失配的影响。天线增益与方向性之间只差一个天线效率，若ηe=1，则天线的增益与方向性系数相等，这是理想情况。

5. 波束立体角：

波束立体角是指天线所有的功率通过该角等效地按其最大辐射强度辐射出去，波束立体角外的辐射视为0。 波束立体角可以推导得出： 上式表征了天线方向性系数与波束立体角之间的关系。由此可得到波束立体角表达式： 波束立体角用立体弧度表示，立体弧度表示球表面为r2的区域对应的立体角。通常天线的波束立体角可近似表示为两个主平面内半功率波束宽度的乘积： ΩA=θHPφHP

6. 天线的场区：

围绕天线的场可划分为三个区域，以距离天线体由近到远以此是电抗近场区、辐射近场或菲涅尔(Fresnel)区、辐射远场或夫朗和费(Fraunhofer)区。电抗近场区与辐射近场区分界半径为： 式中，L是天线最大尺寸，λ是波长，单位都是m。 辐射近场区与辐射远场区分界半径为： R2=2L2/λ (m) 随着观测点由天线电抗近场区移动到辐射远场，天线场区方向图的形状是不同的。天线在电抗近场区的方向图呈波纹状，但幅度变化不大，较为平坦；辐射近场区的方向图较为光滑，且形成了明显的波瓣；辐射远场区的方向图的主、副瓣已经完全形成。

7. 天线方向图：

天线方向图是指天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形，因此分析天线的方向图就可分析天线的空间辐射特性。大多数情况下，天线方向图是在辐射远场区确定的，所以又称远场方向图。辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位和极化，因此方向图又分为场强方向图、功率方向图、相位方向图和极化方向图。 天线方向图一般是一个三维空间的曲面图形，即为三维方向图，工程上为了方便，常采用两个互相正交平面上的剖面图来描述，即二维方向图。天线的方向图可以有极坐标和笛卡尔坐标两种表现形式，量纲可以是场强强度、功率，也可以用分贝表示。如果采用分贝刻度表示，则功率方向图与场强方向图是一样的。为了各种天线方向图比较方便和绘图方便，一般取方向图函数的最大值为1，即归一化方向图。 天线方向图一般呈花瓣状，称为波瓣或波束，其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣，其他的则称为副瓣或旁瓣，并分为第一副瓣、第二副瓣等，与主瓣方向相反的波束称为后瓣，主瓣与第一副瓣之间的凹陷称为第一零点。 1）主瓣宽度： 主瓣宽度是指方向图主瓣上两个半功率点，即场强下降到最大值的0.707倍处或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点之间的夹角，记为2θ0.5，如上图。主瓣宽度又称为3dB波束宽度或半功率波束宽度HPBW(Half-Power Beam Width)。 2）第一零点波束宽度： 第一零点波束宽度FNBW(Beamwidth between First Nulls)是指方向图主瓣两侧第一个零点之间的夹角。 3）副瓣电平： 副瓣电平指副瓣最大值模值与主瓣最大值模值之比，通常用分贝表示： 式中，Eimax为第i个副瓣的场强最大值，Emax为主瓣最大值。这样，对于各个副瓣均可求得其副瓣电平值。在工程实用中，副瓣电平是指所有副瓣中最大的那一个副瓣的电平，记为SLL。一般情况下，紧靠主瓣的第一副瓣的电平值最高。 副瓣方向通常是不需要辐射或接收能量的方向，因此副瓣电平越低，表明天线在不需要方向上辐射或接收的能量越弱，或者说在这些方向上对杂散的来波抑制能力越强，抗干扰能力就越强。 4）根据主瓣宽度估计方向性： 对于定向方向图，若已知天线的半功率波束宽度，则其定向性可表示为： 式中，41253是球内所张的平方度，其值为4π(180/π)2(平方度)；θHP和φHP是两个相互正交的主辐射平面的3dB波束宽度（°）。 上式忽略了副瓣影响，可改为下面另一种近似表达式： 对于全向方向图，若已知天线的俯仰面半功率波束宽度，则其定向性可表示为：

8. 有效长度：

天线的有效长度可以用来表征天线辐射或接收电磁波的能力，接收天线上的感应电压与其有效长度成正比。对于直线振子天线来说，其上电流并非均匀分布，因此其有效长度一般不等于其物理长度。 天线的有效长度定义为在天线最大辐射方向产生相同场强条件下，用一均匀电流分布代替该天线，则均匀电流分布天线的长度即为该天线的有效长度。接收天线的有效长度定义为天线输出到接收机输入端的电压与所接收的电场强度之比： 式中，VA为天线上的开路感应电压；Ei是接收到的电场强度。发射天线的有效长度在数值上与该天线作接收时的有效长度相等。 对称天线的有效长度可用下式计算： 式中，k=2π/λ，为自由空间波束，l为对称天线的单臂长度。

9. 有效面积：

天线的有效面积也可以用来表征天线辐射或接收电磁波的能力，辐射或接收电磁波的功率与有效面积成正比。对口径天线来说，其口径上面的电磁波要满足边界条件而非均匀分布，因此其有效面积一般小于其物理口径面积。 假设接收天线置于功率密度为W的均匀平面电磁波中，若物理口径为AP(m2)，如果以整个物理口径从来波中接收功率，则接收到的总功率为： Pr=WAP 而实际上，作为转换器的天线上的电流分布并不是均匀的，实际有效地转换口径并不是AP，而是一个小于其物理口径的Ae，即： Pr=WAe 式中，Ae为天线的有效口径。根据天线的互易定理，发射天线具有相同的特性。 天线口径的有效面积通常小于物理口径面积，它们的比值称为口径效率： 对于喇叭天线和反射面天线，口径效率一般在50%~80%；而对于物理口径边缘也能维持均匀场的偶极子或者贴片大型阵列而言，口径效率可接近100%。 天线的有效口径面积、方向性及工作波长的关系： 由上式可推导出根据有效口径面积计算天线方向性的公式： 若假设θHP=φHP，天线口面是直径为d的圆形口面，上式的方向性系数的近似计算公式可简化为： 以dB为单位，可化为： 式中，d为圆形口面的直径，单位m；f为工作频率，单位MHz。

10. 天线输入阻抗：

天线的输入阻抗是指天线输入端电压Vi与电流Ii之比： 当输入电压与电流同相时，输入阻抗呈纯阻性。一般情况下，天线的输入阻抗包含电阻Ri和电抗Xi两部分，即： Zi=Ri+jXi 连接到发射机或接收机的天线，其输入阻抗等效为发射机或接收机的负载，因此输入阻抗值的大小可表征天线与发射机或接收机的匹配状况。 天线的输入阻抗的电阻部分Rin包括辐射电阻Rr和损耗电阻Rl两部分，即： Rin=Rr+Rl 辐射电阻Rr定义为将天线所辐射的功率看成一个等效电阻所吸收的功率，这个等效电阻就称为天线的辐射电阻。 损耗电阻Rl定义为将天线系统中的损耗功率（包括导体中的热损耗、绝缘介质的介质损耗、地电流损耗等）也看成是一个被一个等效电阻所吸收的功率，这个等效电阻就称为损耗电阻。

11. 电压驻波比：

通过天线的输入阻抗值的大小，可以判断天线与发射机或接收机的匹配状况。根据传输线理论，当天线与发射机或接收机不完全匹配时，在端口处同时存在入射波和反射波，一般通过电压反射系数来描述这种失配程度。反射系数与天线输入阻抗的关系表示为： 式中，ZC为传输线特性阻抗；Γ为发射系数；Zi为复数形式。 工程上常用电压驻波比VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)表征天线与馈线匹配情况，它与Γ的关系为： 从电压驻波比或反射系数的大小就可以算出从天线到发射机或接收机的功率值，电压驻波比与反射系数、反射功率比和传输功率比的关系： 式中，Pref和Ptrans分别为发射系数和传输功率，Pi为输入总功率。 工程上还经常会用到回波损耗和反射功率损耗，回波损耗是指反射功率与入射功率的比值，即为反射功率比；反射功率损耗是入射功率与反射功率之差，即为传输功率比。回波损耗和反射功率损耗通常用对数形式表示：

12. 频带宽度：

天线的性能参数，如输入阻抗、方向图、主瓣宽度、副瓣电平、波束指向、极化、增益等，一般是随频率的改变而变化的，有些参数随频率的改变而变化较大，使天线的性能下降。因此，工程上一般都要给出天线的频带宽度，简称天线的带宽，定义为某个性能参数符合规定标准的频率范围。这个频带范围的中点处的频率称为中心频率f0。频带宽度主要有绝对带宽、相对带宽和比值带宽三种表示方法。 绝对带宽指天线能实际工作的频率范围，即上下限频率之差： Δf=f2-f1 相对带宽是用上下限频率之差与中心频率之比来表示： 比值带宽是指上下限频率之比，即：f2:f1。 通常相对带宽用的较多，而比值带宽主要用于描述超宽带天线的带宽。 对不同系统、不同用途的天线，所提出的带宽标准是不同的，有的带宽标准是阻抗带宽或电压驻波比带宽，有的带宽是方向图带宽，有的是增益带宽，有的是极化带宽等。在通常应用中，提到的带宽主要指阻抗带宽或电压驻波比带宽。

13. 天线的极化：

天线的极化是指天线辐射的电磁波的极化，电磁波的极化是指在电磁波传播过程中其电场矢量的方向和幅度随时间变化的特性。天线的极化可用电场强度E的端点在空间描绘出的轨迹来表示，如果轨迹是直线，则电磁波称为线极化；若轨迹是圆，则称为圆极化；若轨迹是椭圆，则称椭圆极化。线极化和圆极化是椭圆极化的两种特殊情况，业内通常把椭圆度不大的椭圆极化统称为圆极化。 上图为电磁波电场矢量取向随时间变化的典型轨迹曲线。圆极化的电场矢量的取向是随时间旋转的，沿着电磁波传播方向看去，其旋转有顺时针和逆时针之分。电场矢量为顺时针旋转的称为右旋圆极化，逆时针方向旋转的称为左旋圆极化。 对圆极化天线，常使用dBic来表示天线增益，对比的是以点源为基准的圆极化分量。对线极化天线，也可以使用dBiL来表示增益，对比的是以点源为基准的线极化分量。 1）轴比： 极化椭圆的长轴与短轴之比称为轴比AR，轴比r的取值范围为1≤r