天线理论与设计—第三章.ppt

3.1 工作原理与等效电路 3.2 接收的天线参数 3.4 付里斯传输方程与雷达测距方程 第三章 接收天线 3.1 工作原理与等效电路 接收天线是接收无线电波的装置，它能 有效地接收某一方向或某些方向的入射波， 并将其转换为高频电流或导行波。 发射天线辐射的电磁波远区为球面电 磁波，局部为平面波 Z x y 当沿y方向传入，则入射场矢量与电振 子平行，则激起电压最大； 当沿z方向入射，则入射场矢量与电振 子垂直，则激起电压为零； 来波方向对激励电压大小的影响 等效电路 接收天线相当于电压源 电路分析 输入功率 阻抗共轭匹配 最大功率输出给负载 假设无损耗 对应于输入阻抗的辐射电阻 3.2 接收天线的参数 方向图：开路电压或输送给负载的功率 随等强度 方向来波的相对变化 根据互易定理 同一副天线的收发方向图相同 测试方法？ 输入阻抗 当等效电路电压源短路，即无外来波时， 从输入口看进去的阻抗。 由于接收和发射天线阻抗定义相同， 因此同一副天线用于发射和接收时输 入阻抗相同。 有效口径 最大有效口径—输送给负载的最大功率 与入射波功率密度之比（隐含条件等值 入射波，所有入射角中使 最大的情况 即最大辐射方向来考察） 物理意义：接收天线捕获电磁波的能力 最大条件：1，感应电压最大；2，无耗情况。 电流元—最大有效口径的计算 假设电流元与来波电场 平行，则感应开路电压 来波功率密度： 电流元的辐射电阻可写为： 若取电流元的长度 线径 电流元的实际纵截面 比较得电流元的最大有效口径是实际纵 截面的1785倍 建立方向性系数和最大有效口径，功率增益 与有效口径的关系 电流元 称为有效口径 极化失配 天线与入射波的极化不一定完全匹配， 天线与负载也不一定共轭匹配。 这两种失配将减少输送给负载的功率， 使最大有效口径减少。 极化失配因子 是天线和入射波的复单位矢量。 和 用共轭起颠倒参考方向的作用，使天线与 入射波的极化分量参考相同的参考轴。 p的可能值在0～1之间 假设辐射方向和入射波方向与XY面垂直，则 和 例：发射天线垂直极化，即产生沿Y 轴的线极 化波，如图所示。接收天线为线极化波， 求极化失配因子。 ? x y ? ?R 沿y轴的发射天线 xy面内的线极 化接收天线 右旋圆极 化接收天线 解： 入射波单位复矢量： 接收单位复矢量： 因而 若 ， ，则极化匹配，用 极化发射， 极化接收； 若 ， ，则极化失配，用 极化发射， 极化接收； 例：如接收天线右旋圆极化， 来波为y向线极化，求极化失配因 子。 解： 已知右旋圆极化则接收单位复矢量中的 来波是线极化波，用圆极化天线接收功率损失一半(3dB)。 入射波是左旋圆极化，接收天线用？ 旋圆极化，则为交叉极化 其他的匹配情况列举 右 阻抗失配因子 计入两种失配后有效口径为 式中：TB为亮度温度（K）， 为热辐射率， 为实际（分子）温度（K）。热辐射率的 值为 , 因而亮度温度可达到的最 大值等于实际温度。 天线温度 实际温度高于绝对零度(-273. )的任何物体均辐 射能量，总辐射能量通常一个称为亮度温度 的等效温度TB 来表示，它定义为 良好的天然微波能量辐射体是： （a）亮度温度约300K的地面； （b）亮度温度约5K的天顶; （c） 亮度温度约100～150K的水平方向的天空。 天线截获各种源的辐射能量，在天线输出端 表现为天线温度。 可用公式写为 天线输出端的天线温度由物体亮度温度经天线 的功率增益加权平均后给出。 假设无失配损失而且天线与接收机之间的 传输线无耗，输送给接收机的噪声功率由 下式给出 式中k=1.38×10-23(J/K)为波尔兹曼常数； ?f为频带宽度。