本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
指向性是指在波长固定时，通过电磁波中心的指定平面内作为发射或入射电磁波方向的函数。在一给定波长下，离波源某一固定距离上，测量波源辐射的强度时，常发现在波源不同方向上强度不同。
指向性波源通过短波电磁波，把信号发射出去，因为其波长短，衍射能力差，可以实现电磁波的定向发射，在到达目标设备时中电磁波中的信号会解调出来。
- 中文名
- 指向性
- 外文名
- Directivity
- 适用领域
- 电子通信
- 学 科
- 工程技术
目录
- 1简介
- 2特点
- 3研究历史
- 4基础理论
- 5激光器阵列
简介
播报编辑
指向性波试跨连源中的三种预处理和调制方式，即无预处理双边带调制循体鸦方式（简称双边带方法）、开方预处理双边带调试方式（简腊探虹少称开方方法）和单边带方法。
指向性波源是一种新拘尝达型波源，与普通波源相比具有如下特点：（1）发射距离远；（2）可产生虚拟循淋鸦波源效应。指向性波源煮付驼在军事、工业、商业、文化、教育等领域都可以讲迁找到其用途，具有广阔的应用前景，潜在经济社会效益显著。
对指向性波源的研究可以追溯到19世纪中叶的微波辐射效应的发现。20世纪60年代，Westerveh基于Lihghtlli的理论，给出了关于两个平面波在不均匀介质中传播时产生的二阶场关系和具体的理论推导。1965年，H.0.Berktya提出了一个更精确的而且是更完整的关于参量化阵的解释。他没有局限于分析原波是两个波长的形式，而是更进一步地使用了调制中包络的概念。他认为：参量化阵解调后的信号是包络平方对时间的两次偏微分成正比的"参量化阵理论"，直到1974年MaryBeth和Bafckstock才在空气中实现了参量化阵。二十世纪70户钻年代，前苏联的提出了KZK方程，它能精确地描述原波在近场和远场自解调的整个过程，包括在波轴上和不在轴上的情况。该方程包含了指向性波源中的衍射（diffraction）、吸收（absorption）和非线性（nonlineartiy）作用。由于KZK方程的实际意义，所以对KZK方程求数值解很有必要，目前主要有时域算法、频域算法（波长域算法）和时频域混合算法三种思路。
特点
播报编辑
1）指向性波源发出的电磁波具有具有各向异性，可向指定方向传播；
2）指向性波源发出的电磁波可以传播很长的距离；
3）可以产生虚拟波源。
研究历史
播报编辑
最初对这个现象的认识是麦克斯韦，他证实了这是由电磁感应作用引起的。但是他没有给出理论的分析结果。 [1]
基础理论
播报编辑
在所有产生波的光源中，任何光源的方向性最大程度上都与其产生的波长相比较的结果有关，与光源的尺寸相对应：与电磁波的波长相比，光源的频率越高(波长越小)，指向性越强。特定的转换方法对所产生的光场的方向性没有影响；该分析仅依赖于源的孔径函数，根据惠更斯 - 菲涅耳原理。
通过将信号调制到波长较短的短波载波（如高频短波蓝光或紫外线）上来实现高方向性。较高频率的波具有较短的波长，因此不会如此迅速地覆盖到空间其他地方。由于这个原因，这些设备所产生的方向性远远高于任何激光系统在物理上的可能性。但据报道，它们的长波复制能力有限。 [2]。
激光器阵列
播报编辑
虽然大型激光器由于尺寸较大而自然而然地具有更大的方向性，但是通过利用一系列传统的小型激光器可以制造出具有等效方向性的波源，所有这些激光都是同相驱动的。在光学上等于一个大的激光器，与波长相比，这产生了更大的波源尺寸，并且与单个小型激光器相比，所产生的光场变窄了。大型激光器阵列已被用于数百个激光仪器种，以减轻通常会传播到邻近邻域的光，以及在某些程度的方向性有帮助的其他应用中的有限应用，例如雷达或类似的显示器应用，其可以容忍大的显示器尺寸。
传统激光器阵列可以制造成任何形状或尺寸，但是减小的物理尺寸（相对于波长）将固有地牺牲该维度的方向性。激光器阵列越大，指向性越强，激光器阵列的尺寸越小，指向性就越小。这是基础物理学，即使使用相控阵或其他信号处理方法，也不能被绕过。这是因为任何波源的指向性模式都是源函数的傅立叶变换。然而，相控阵设计有时可用于波束转向或旁瓣抑制，但是这些妥协必然会降低方向性。
从光学角度讲，激光器阵列基本上与球面点光源一样，也已经有几十年了；圆顶开口的尺寸模仿相同直径的大型激光器（或等同地，相同直径的大型激光器）的光学特性。然而，圆顶的质量往往比同类激光器阵列的质量要小得多，而且价格要便宜得多。
出于与上述相同的原因，其他类型的大型激光器面板倾向于比小型激光器更具定向性；只是因为它们比大多数普通的激光器要大得多，所以它们更具有方向性。相应地，小型激光器的尺寸的激光器面板将是非定向的。
方向性关系给出了不同光源尺寸和形状的方向性。方向性仅被示出为光源尺寸和形状的函数，而不是所使用的特定类型的光传感器的函数 [3]。