天线辐射与接收的基本理论课件.pptVIP

天线辐射与接收的基本理论课件.ppt

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下面由这个定义出发, 导出方向系数的一般计算公式。  设实际天线的辐射功率为PΣ, 它在最大辐射方向上r处产生的辐射功率流密度和场强分别为Smax和Emax; 又设有一个理想的无方向性天线, 其辐射功率为PΣ不变, 它在相同的距离上产生的辐射功率流密度和场强分别为S0和E0, 其表达式分别为 由方向系数的定义得 ? 下面来求天线的辐射功率PΣ。 设天线归一化方向函数为F(θ, φ), 则它在任意方向的场强与功率流密度分别为 将式(6 -3 -5)代入上式, 则功率流密度的表达式为 在半径为r的球面上对功率流密度进行面积分, 就得到辐射功率: 将上式代入式(6 -3 -4)即得天线方向系数的一般表达式为 由公式(6 -3 -8)可以看出, 要使天线的方向系数大, 不仅要求主瓣窄, 而且要求全空间的旁瓣电平小。  [例 6 -2]确定沿z轴放置的电基本振子的方向系数。  解: 由上面分析知电基本振子的归一化方向函数为: |F(θ, φ)|=|sinθ| 将其代入方向系数的表达式得  若以分贝表示, 则D=10 log10 1.5=1.76dB。可见, 电基本振子的方向系数是很低的。  2. 天线效率 天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比, 记为ηA, 即 式中, Pi为输入功率;Pl为欧姆损耗。 常用天线的辐射电阻RΣ来度量天线辐射功率的能力。天线的辐射电阻是一个虚拟的量, 定义如下: 设有一电阻RΣ, 当通过它的电流等于天线上的最大电流时, 其损耗的功率就等于其辐射功率。显然, 辐射电阻的高低是衡量天线辐射能力的一个重要指标, 即辐射电阻越大, 天线的辐射能力越强。  由上述定义得辐射电阻与辐射功率的关系为 即辐射电阻为 仿照引入辐射电阻的办法, 损耗电阻Rl为 将上述两式代入式(6 -3 -9)得天线效率为 可见, 要提高天线效率, 应尽可能提高RΣ, 降低Rl。  [例 6 -3]确定电基本振子的辐射电阻。  - 解: 设不考虑欧姆损耗, 则根据式(6 -2 -4)知电基本振子的远区场为 将其代入式(6 -3 -7)得辐射功率为 所以辐射电阻为 3. 增益系数 增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数, 它是方向系数与天线效率的乘积, 记为G, 即 G=D·ηA 由上式可见: 天线方向系数和效率愈高, 则增益系数愈高。 现在我们来研究增益系数的物理意义。  将方向系数公式(6 -3 -4)和效率公式(6 -3 -9)代入上式得 由上式可得一个实际天线在最大辐射方向上的场强为 4. 极化特性 极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。 具体地说, 就是在空间某一固定位置上, 电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形。该图形如果是直线, 就称为线极化; 如果是圆, 就称为圆极化; 如果是椭圆, 就称为椭圆极化。如此按天线所辐射的电场的极化形式, 可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。 线极化又可分为水平极化和垂直极化; 圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 当圆极化波入射到一个对称目标上时, 反射波是反旋向的。 在传播电视信号时, 利用这一特性可以克服由反射所引起的重影。 一般来说, 圆极化天线难以辐射纯圆极化波, 其实际辐射的是椭圆极化波, 这对利用天线的极化特性实现天线间的电磁隔离是不利的, 所以对圆极化通常又引入椭圆度参数。  在通信和雷达中, 通常是采用线极化天线; 但如果通信的一方是剧烈摆动或高速运动着的, 为了提高通信的可靠性, 发射和接收都应采用圆极化天线; 如果雷达是为了干扰和侦察对方目标, 也要使用圆极化天线。另外, 在人造卫星、宇宙飞船和弹道导弹等空间遥测技术中, 由于信号通过电离层后会产生法拉第旋转效应, 因此其发射和接收也采用圆极化天线。  5. 频带宽度 天线的电参数都与频率有关, 也就是说, 上述电参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离设计频率时, 往往要引起天线参数的变化, 例如主瓣宽度增大、旁瓣电平增高、增益系数降低、 输入阻抗和极化特性变坏等。实际上, 天线也并非工作在点频, 而是有一定的频率范

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