§3.3单天线及它们的基本特性.PDF

射电天文技术和方法讲座三（2 ） §3.3 单天线及它们的基本特性 在上一节，我们给出了描述一般射电天线的物理参数和它们之间的关系，它们既适用于描述由 单个天线组成的射电望远镜性质也能用来描述由多个天线组成的射电干涉仪性质，本节在此基础上具 体地给出各类单天线和它们的基本物理性质。由于单天线射电望远镜仍是当前射电天文观测的重要工 具，而它又干涉仪阵的基本组元，本节我们将对它们作详细介绍，把由多个天线组成的干涉仪阵的性 质放到第十章去讨论。 正如上面我们提到的那样，从拦截射电辐射流的形式来区分，有线形天线和面形天线。在射电 天文中，我们经常使用的线形天线是偶极天线（dipole antenna ），它们主要用于长波的接收，例如工 作波长大于1 米（近似地划分）的长波射电天文（radio astronomy at long wavelength ）偶极天线。当 波长接近或小于 1 米其本上都用面形天线，这是因为面形天线的增益以~ ν2 因子增加。面形天线由 接收面的形状来区分，如喇叭天线、抛物面天线、球面天线、柱面天线等等，其中喇叭天线在许多场 合用于天线系统的馈源，而目前世界上主要使用的是抛物面和球面射电望远镜，则在面形天线中主要 介绍这两类望远镜的结构、特性、以及有关校准的问题，其中一些方法和结果可以直接应用或稍作修 改，就可以应用到其它类型的射电望远镜天线。 3.3.1 偶极天线 在一般经典电磁辐射的教科书里（如《Classical Electromaganetic Radiation》，Marion ，J. B. Heald ， M.K. ）都比较详细地介绍了偶极天线的辐射，在这里不作详细介绍，只给出一些相关的结果，着重讨 论射电天文感兴趣的问题。 图3.9 (a)给出中心驱动的半波偶极天线，天线由两小段组成，各长为d / 2 ，d λ/ 2 ，电流从 中间的两端输入，其中电流的值为 I I e i−tω 0 则天线在n 方向每单位立体角发射的平均功率为 22 dP πI 2 2 2 θ 0 sin θ P sin （3.36 ） 0 dΩ 8c 这是一种轴对称分布发射场，图 3.9 (b)给出半波偶极天线发射 功率的空间分布图。对整个空间立体角积分可以获得半波偶极 天线的发射总功率为 8π P P d P ( , ) T ∫θ φ =Ω 3 0 （3.37 ） 4π 按照上一节天线增益的定义，半波偶极天线的增益为 ( ,P )θ φ 3 2 G θ