长春理工微波及天线 期末考点 第5章.ppt

设在入射场的作用下, 接收天线上的电流分布为I(z), 并假设电流初相为零, 则接收天线从入射场中吸收的功率 由上述分析得整个天线吸收的功率为  式中, 因子e jkzcosθ是入射场到达天线上各元段的波程差。  根据电磁场的边值理论, 天线在接收状态下的电流分布应和发射时相同。 因此假设接收天线的电流分布为 I(z)=Im sink(l-|z|) 接收功率为： 因此接收天线输入电动势为 有效长度的定义, 有 因此，接收天线的表达式为 E =E2heinF(θ)=Ei cosψ hein F(θ) ψ是入射场Ei与θ的夹角; θ是方向角θ的单位矢量； hein是接收天线归于输入电流的有效长度。  可见, 接收电动势E和天线发射状态下的有效长度成正比, 且具有与发射天线相同的方向性。如果假设发射天线的归一化方向函数为F(θi), 最大入射场强为|Ei|max, 则接收天线的接收电动势为： E=|Ei|max·F(θi)cosψ·heinF(θi) 当两天线极化正交时, ψ=90°, E=0, 天线收不到信号。上述分析清楚地介绍了接收的物理过程并得出了方向性收发互易的结论。 天线接收的功率可分为三部分， 即  P=Pr+PL+Pl (6 -4 -8) 其中, Pr为接收天线的再辐射功率; PL为负载吸收的功率;Pl为导线和媒质的损耗功率。 接收天线的等效电路如图 6 -10 所示。 图中Z0为包括辐射阻抗Zr和损耗电阻Rl0在内的接收天线输入阻抗, ZL是负载阻抗。可见在接收状态下, 天线输入阻抗相当于接收电动势E的内阻抗。  图 6 –10 天线的等效电路 2. 有效接收面积  有效接收面积是衡量一个天线接收无线电波能力的重要指标。它的定义为: 当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时, 接收天线传送到匹配负载的平均功率为PLmax, 并假定此功率是由一块与来波方向相垂直的面积所截获, 则这个面积就称为接收天线的有效接收面积, 记为Ae, 即有 式中, Sav为入射到天线上电磁波的时间平均功率流密度， 其值为 根据图 6 - 10 接收天线的等效电路, 传送到匹配负载的平均功率（忽略天线本身的损耗）为 当天线以最大方向对准来波方向时, 接收电动势为 将上述各式代入式（6- 4 -9）有 已知天线的方向系数, 就可知道天线的有效接收面积。  例如,电基本振子的方向系数为D=1.5, Ae=0.12λ2。如果考虑天线的效率, 则有效接收面积为 将天线的方向系数公式代入上式得天线的有效接收面积为 3. 等效噪声温度 接收天线的等效噪声温度是反映天线接收微弱信号性能的重要电参数。 在卫星通信、射电天文和超远程雷达及微波遥感等设备中, 由于作用距离甚远, 所以接收的信号电平很低, 此时用方向系数已不能判别天线性能的优劣, 而必须以天线输送给接收机的信号功率与噪声功率之比来衡量天线的性能。等效噪声温度即是表征天线向接收机输送噪声功率的参数。  接收天线把从周围空间接收到的噪声功率送到接收机的过程类似于噪声电阻把噪声功率输送给与其相连的电阻网络。因此接收天线等效为一个温度为Ta的电阻, 天线向与其匹配的接收机输送的噪声功率Pn就等于该电阻所输送的最大噪声功率, 即 式中, Kb=1.38×10-23 (J/K)为波耳兹曼常数, 而Δf为与天线相连的接收机的带宽。  噪声源分布在天线周围的空间, 天线的等效噪声温度为 式中, T(θ, φ)为噪声源的空间分布函数；F(θ, φ)为天线的归一化方向函数。 显然, Ta愈高, 天线送至接收机的噪声功率愈大, 反之愈小。 Ta取决于天线周围空间的噪声源的强度和分布, 也与天线的方向性有关。 4. 接收天线的方向性 从以上分析可以看出, 收、发天线互易。也就是说, 对发射天线的分析, 同样适合于接收天线。但从接收的角度讲, 要保证正常接收, 必须使信号功率与噪声功率的比值达到一定的数值。为此, 对接收天线的方向性有以下要求:  ① 主瓣宽度尽可能窄, 以抑制干扰。但如果信号与干扰来自同一方向, 即使主瓣很窄,也不能抑制干扰; 另一方面, 当来波方向易于变化时, 主瓣太窄则难以保证稳定的接收。