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对天线方位角、俯仰角的粗糙理解

以下内容仅为个人理解,不保证准确。
假设我们在空间中建立直角坐标系 x,y,z,X-Y平面与地面平行,z轴垂直于X-Y平面。设z=0代表接地。
现在开始引入天线。假设我们的天线两端点坐标为(0,0,30)与(0,33.43,30)。显而易见,这个天线与y轴平行。
在EZNEC软件中,可以直观地得到Azimuth(方位)和Elevation(俯仰)图示,它们应该如何理解呢?
3D图比较直观。将3D图投影到X-Y平面,即得Azimuth图。将3D图投影到X-Z平面,即得Elevation图。对于Elevation,可以看到图形左右对称但是上下不对称,这是地面的影响产生的。如果天线位于自由空间,上下也是对称的。
现在引入概念: 辐射远区场 。与之相对应的名词为 辐射近区场 。我们不细究它们的界限,只需要知道电磁波是由天线的辐射远区场传播就可以了(近场区存储能量)。在相较于远区场的无穷大,天线的物理尺寸可以忽略不计,所以我们可以忽略天线的物理尺寸和形状,把它抽象为一个点。
我们的半波长偶极子天线现在被抽象成了一个点,但是再次明确,天线的方向性没有改变。
再回到Elevation图,其原点为(0,0,0)。另外我们刚才投影得到的Elevation图只是Azimuth角为零的特例。以Z轴为轴旋转3D图,可以直观看到Elevation图随方位角的变化情况。也可以在程序中设定方位角,输出对应的Elevation图形。
Azimuth图随Elevation角变化又是怎么一回事呢?这个在3D图中观察很直观。勾选Azimuth Slice和 show 2D Plot选项,然后改变Slice Elev,Azimuth图会随之变化。可以想象(0,0,0)处有一个点光源,这个光源以给定的Elevation角打出圆锥形的光。
小结一下,天线的方位角、俯仰角在天线设计、架设中具有重要意义。比如我们在拉一条晾衣绳天线时,晾衣绳的走向决定了天线的方位角,比如我们想让天线最大辐射方向对准南北方向,那么我们的晾衣绳就应该沿着东西方向拉直。为了方便DX通联,我们希望天线的俯仰角小一些,但是不能太小,因为视野内有一座山。此时通过EZNEC计算就可知我们宝贵的20W电波是会跨过大山走向世界还是一头撞死潜形匿迹。