【文章內(nèi)容簡介】 位置上 電場矢量端點(diǎn)隨時間運(yùn)動的軌跡 ， 按其軌跡的形狀可分為線極化 、 圓極化和橢圓極化 。 線極化 動態(tài)演示 某一時刻 x方向線極化的場強(qiáng)矢量線在空間的分布 Oxz線極化動態(tài)演示 線極化 圓極化 還可以根據(jù)其旋轉(zhuǎn)方向分為右旋圓極化和左旋圓極化 。符合右手螺旋 ， 則為 右旋圓極化 ， 若符合左手螺旋 ， 則為 左旋圓極化 。 右旋圓極化 左旋圓極化 圓極化 某一時刻 右旋圓極化(以 z軸為傳播方向 ) 注意 固定時間的場強(qiáng)矢量線在空間的分布旋向與固定位置的場強(qiáng)矢量線隨時間的旋向相反。 某一時刻 左旋圓極化(以 z軸為傳播方向 ) 橢圓極化 的旋向定義與圓極化類似 。 右旋橢圓極化 左旋橢圓極化 天線不能接收與其正交的極化分量 。例如，線極化天線不能接收來波中與其極化方向垂直的線極化波；圓極化天線不能接收來波中與其旋向相反的圓極化分量，對橢圓極化來波，其中與接收天線的極化旋向相反的圓極化分量不能被接收。 極化失配 意味著功率損失。為衡量這種損失，特定義極化失配因子 νp（ Polarization mismatch Factor），其值在 0~1之間。 有效長度： 在保持實(shí)際天線最大輻射方向上的場強(qiáng)值不變的條件下 ， 假設(shè)天線上的電流分布為均勻分布時天線的等效長度 。 通常將歸算于輸入電流 Iin的有效長度記為 lein， 把歸算于波腹電流 Im的有效長度記為 lem。 有效長度 ( Effective Length ) 天線有效長度示意圖 llei nIinIin實(shí) 際 電流 分 布電 流 均勻 分 布I ( z )z 設(shè)實(shí)際長度為 l的某天線的電流分布為 I(z)， 考慮到各電基本振子輻射場的疊加 ， 此時該天線在 最大輻射方向產(chǎn)生的電場 為 m ax 0 0 06 0 6 0( ) ( )l l lE d E I z I z d zrr????? ? ?? ? ? 若以該天線的輸入端電流 Iin為歸算電流 ， 則電流以Iin為均勻分布 、 長度為 lein時天線在最大輻射方向產(chǎn)生的電場可類似于電基本振子的輻射電場 ， 即 m ax60 i n ei nIlEr???引入有效長度以后 ， 考慮到電基本振子的最大場強(qiáng)的計算 ， 可寫出線天線輻射場強(qiáng)的一般表達(dá)式為 m ax60( , ) ( , ) ( , )eIlE E F Fr?? ? ? ? ? ????式中 le與 F(θ,φ )均用同一電流 I歸算。 rer RlkRfD 22m a x 30120 ??令上兩式相等，得 0()li n ei nI l I z d z? ? 由上式可看出，以高度為一邊，則 實(shí)際電流與等效均勻電流所包圍的面積相等。 天線與傳輸線的連接處稱為天線的輸入端 ， 天線輸入端呈現(xiàn)的阻抗值定義為天線的 輸入阻抗 ， 即天線的輸入阻抗 Zin為天線的輸入端電壓與電流之比： ini n i n i ninUZ R j XI? ? ?天線的輸入阻抗決定于天線的結(jié)構(gòu) 、 工作頻率以及周圍環(huán)境的影響 。 輸入阻抗的計算是比較困難的 ， 因?yàn)樗枰獪?zhǔn)確地知道天線上的激勵電流 。 除了少數(shù)天線外 ， 大多數(shù)天線的輸入阻抗在工程中采用近似計算或?qū)嶒?yàn)測定 。 輸入電阻 有功功率，以損耗和輻射兩種方式耗散掉 輸入電抗 無功功率，駐存在近區(qū)中 輸入阻抗與輻射阻抗 (Input Resistance amp。 Radiation Resistance) 輻射阻抗 ： 如果將計算輻射功率的封閉曲面設(shè)置在天線的近區(qū)內(nèi) ， 用天線的近區(qū)場進(jìn)行計算 ， 則所求出的輻射功率 Pr同樣將含有有功功率及無功功率 。如果引入歸算電流 （ 輸入電流 Iin或波腹電流 Im） ， 則輻射功率與歸算電流之間的關(guān)系為 220 0 02211()2211()22r i n r i n r rmm rm m rm rmP I Z I R jXI Z I R jX? ? ?? ? ?輻射阻抗是一個假想的等效阻抗 ，其數(shù)值與歸算電流有關(guān)。歸算電流不同，輻射阻抗的數(shù)值也不同。 天線的所有電參數(shù)都是頻率的函數(shù) 。 當(dāng)工作頻率變化時 ， 天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在所允許的范圍內(nèi) ， 此時對應(yīng)的頻率范圍稱為頻帶寬度 。 天線頻帶寬度取決于天線的頻率特性和對天線提出的要求 。 不同的電參數(shù)要求 ， 天線的頻帶寬度也不同 。 頻帶寬度 ( Bandwidth ) 根據(jù)頻帶寬度的不同 ， 可以把天線分為窄頻帶天線 、寬頻帶天線和超寬頻帶天線 。 若天線的最高工作頻率為 fmax， 最低工作頻率為 fmin， 對于 窄頻帶天線 ， 常用 相對帶寬 ， 即 ［ (fmaxfmin)/f0］ 100% 來表示其頻帶寬度 。 而對于 超寬頻帶天線 ， 常用 絕對帶寬 ， 即 fmax/fmin 來表示其頻帶寬度 。 互易定理與接收天線的電參數(shù) 接收天線工作過程就是發(fā)射天線的逆過程 。 互易定理 由于天線無論作為發(fā)射還是作為接收 ， 應(yīng)該滿足的邊界條件都是一樣的 ， 因此天線在接收狀態(tài)下的電流分布 I(z)也應(yīng)該和發(fā)射時的相同 。 這就意味著 任意類型的天線用作接收天線時 ， 它的極化 、 方向性 、 有效長度和阻抗特性等均與它用作發(fā)射天線時的相同 。 這種同一天線收發(fā)參數(shù)相同的性質(zhì)被稱為天線的 收發(fā)互易性 ， 它可以用電磁場理論中的互易定理予以證明 。 接收天線原理 O?ZLd zzEvEhEzEh接收天線總是位于發(fā)射天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場中 ， 因此可以認(rèn)為到達(dá)接收天線處的無線電波是 均勻平面波 。 設(shè)來波方向與天線軸 z之間的夾角為 θ， 電波射線與天線軸構(gòu)成入射平面 ， 入射電場可分為兩個分量：一個是 與入射面相垂直的分量 Ev；一個是 與入射面相平行的分量 Eh。 只有同天線軸相平行的電場分量 Ez=Ehsinθ才能在天線導(dǎo)體 dz段上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢dE~(z)=Ezdz = Ehsinθdz， 進(jìn)而在天線上激起感應(yīng)電流 I(z)。 接收天線的等效電路 ZinZLE~E ~當(dāng)天線以最大接收方向?qū)?zhǔn)來波方向進(jìn)行接收時 ，并且天線的極化與來波極化相匹配 ， 接收天線送到匹配負(fù)載的平均功率 PLmax與來波的功率密度 Sav之比 ， 記為 Ae。即 m a xLeavPAS?由于 PLmax=AeSav，因此 接收天線在最佳狀態(tài)下所接收到的功率可以看成是被具有面積為 Ae的口面所截獲的垂直入射波功率密度的總和 。 有效接收面積 (Effective Aperture) 在 極化匹配 的條件下 ， 如果來波的場強(qiáng)振幅為 Ei， 則 22iavES??等效電路中 ， 當(dāng) Zin與 ZL共軛匹配時 ， 接收機(jī)處于最佳工作狀態(tài) ， 此時傳送到匹配負(fù)載的平均功率為 inL REP8~2m a x ?當(dāng)天線以 最大接收方向?qū)?zhǔn)來波 時 ， 此時接收天線上的總感應(yīng)電動勢為 式中 le為天線的有效長度。 ei lEE ?~引入天線效率 ηA， 則有 223 0 3 0eeeAi n rllARR???? ? ?24eAG???外部噪聲 通過天線進(jìn)入接收機(jī) ， 又稱 天線噪聲 ， 包含有各種成分 ， 例如地面上有其它電臺信號以及各種電氣設(shè)備工作時的工業(yè)輻射 ， 它們主要分布在長 、 中 、 短波波段；空間中有大氣雷電放電以及來自宇宙空間的各種輻射 ， 它們主要分布在微波及稍低于微波的波段 。 天線接收的噪聲功率的大小可以用天線的等效噪聲溫度 TA來表示 。 等效噪聲溫度 若將接收天線視為一個溫度為 TA的電阻 ， 則它輸送給匹配的接收機(jī)的最大噪聲功率 Pn(W)與天線的等效噪聲溫度TA(K)的關(guān)系為 AbPTKf? ?TA是表示接收天線向共軛匹配負(fù)載輸送噪聲功率大小的參數(shù) ， 它并不是天線本身的物理溫度 。 n 波耳茲曼常數(shù) Kb= 1023(J/K) Δf為頻率帶寬(Hz) 接收天線輸出端的信噪比為 2~4s a vn b A AP S G GP K f T T????接收天線輸出端的信噪比正比于 G/TA， 增大增益系數(shù)或減小等效噪聲溫度均可以提高信噪比 ，進(jìn)而提高檢測微弱信號的能力，改善接收質(zhì)量。 為了減小天線的噪聲溫度，天線的最大接收方向應(yīng)避開強(qiáng)噪聲源，并應(yīng)盡量降低副瓣和后瓣電平。 考慮傳輸線的實(shí)際溫度和損耗，考慮到接收機(jī)本身所具有的噪聲溫度 接收系統(tǒng)的噪聲溫度計算示意圖 lT0天線TTATaTs＝ Ta＋ Tr接收機(jī) Tr傳輸線空間噪聲源的噪聲溫度 天線輸出端的噪聲溫度 均勻傳輸線的噪聲溫度 接收機(jī)輸入端的噪聲溫度 接收機(jī)本身的噪聲溫度 考慮到接收機(jī)影響后的接收機(jī)輸出端的噪聲溫度 。 如果傳輸線的衰減常數(shù)為 α(NP/m)， 則傳輸線的衰減也會降低噪聲功率 ， 因而 Ta=TAe2αl+T0(1e2αl) 整個接收系統(tǒng)的有效噪聲溫度為 Ts=Ta+Tr。 Ts的值可在幾開 (K)到幾千開 (K)之間 ， 但其典型值約為10K。 對稱振子 (Symmetrical CenterFed Dipole) 對稱振子 : 中間饋電，其兩臂由兩段等長導(dǎo)線構(gòu)成的振子天線。一臂的導(dǎo)線半徑為 a，長度為 l。兩臂之間的間隙很小，理論上可忽略不計，所以振子的總長度 L=2l。對稱振子的長度與波長相比擬。 對稱振子結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)圖 ~lOl2 az細(xì)對稱振子天線可以看成是由 末端開路的傳輸線張開形成 ， 其電流分布與末端開路線上的電流分布相似 ， 忽略振子損耗 ——長線近似法 ， 則電流分布形式為 sin ( ) 0( ) sin ( )sin ( ) 0mmmI k l z zI z I k l zI k l z z????? ? ? ?????對稱振子電流分布 根據(jù)正弦分布的特點(diǎn) ， 對稱振子的末端為電流的波節(jié)點(diǎn)；電流分布關(guān)于振子的中心點(diǎn)對稱；超過半波長就會出現(xiàn)反相電流 。 正弦分布矩量法正