【正文】 )()()( me rHrHrH ?? 如果將上述電場及磁場分為兩部分：一部分是由電荷及電流產(chǎn)生的電場 及磁場 ；另一部分是由磁荷及磁流產(chǎn)生的電場 及磁場 ， 即 )(e rE )(e rH)(m rE )(m rH麥克斯韋方程是線性的 ??????????????????????????eeeeee0 j jDBHEEJH?????????????????????0 j jmmmmmmmmDBHJEEH?????電荷和電流產(chǎn)生的電磁場 磁荷和磁流產(chǎn)生的電磁場 比較上述兩組方程后 ， 可以獲得以下對應關(guān)系： ??????memeHEEH??????????????mm??JJ這個對應關(guān)系稱為 對偶原理 或 二重性原理 。 設(shè)想一段長為 l（ lλ）的磁流元 Iml置于球坐標系原點，根據(jù)電磁 對偶性原理 ，進行如下變換： 00,ememe m e mEHHEI I Q Q??? ???? ????????磁基本振子遠區(qū)輻射場的表達式為 00sin2sin2jk rmjk rmIlE j erIlH j er????????????????????電基本振子的輻射場與磁基本振子輻射場的極化方向相互正交 ， 其它特性完全相同 。 發(fā)射天線的電參數(shù) 方向函數(shù) 空間方位角 yzr?O?x場強 f(θ,φ)可定義為 ( , , )( , )6 0 /ErfIr???? ?對電基本振子 ， 方向函數(shù)為 ( , ) ( ) s i nlff ?? ? ? ????60( , , ( , )IE r fr? ? ? ??若天線輻射的電場強度為 E(r,θ,φ)， 把電場強度 （ 絕對值 ）寫成 方向函數(shù) 為了便于比較不同天線的方向性 ， 常采用 歸一化方向函數(shù) ， 用 F(θ,φ)表示 ， 即 m a x m a x( , )( , )( , )( , )EfFfE?????????? 電基本振子 的歸一化方向函數(shù)可寫為 F(θ,φ)=|sinθ| 理想點源 是無方向性天線 ， 它在各個方向上 、 相同距離處產(chǎn)生的輻射場的大小是相等的 ， 因此 ， 它的歸一化方向函數(shù)為 F(θ,φ)=1 將方向函數(shù)用曲線描繪出來，稱之為方向圖。 依據(jù)歸一化方向函數(shù)而繪出的為 歸一化方向圖 。 方向圖 基本振子立體方向圖 yzIx?對于 電基本振子 ， 由于歸一化方向函數(shù) F(θ,φ)=|sinθ|， 因此其立體方向圖如下 。 在自由空間中 ， 兩個最重要的平面方向圖是 E面和 H面方向圖 。 電基本振子 E平面方向圖 yzO功 率 方 向圖 場 強 方 向圖| s in ? |?電基本振子 H平面方向圖 zxy?| s i n 9 0 | ＝ 1176。 功率方向圖 （ Power Pattern） Φ(θ,φ)：輻射的功率密度（ 坡印廷矢量模值 ） 與方向之間的關(guān)系 。 天線方向圖的一般形狀 主軸主瓣后瓣第一副瓣? ＝ 0176。 (2)半功率點波瓣寬度 （ HalfPower Beam Width, HPBW） :指主瓣最大值兩邊場強等于最大值的 （或等于最大功率密度的一半）的兩輻射方向之間的夾角，又叫 3分貝波束寬度。 (3)副瓣電平 （ Side Lobe Lever,SLL） :指副瓣最大值與主瓣最大值之比，一般以分貝表示，即 , m ax 2 m ax 2, m ax m ax1 0 l g 2 0 l gavavS ES L L d BSE?? Sav,max2和 Sav,max分別為最大副瓣和主瓣的功率密度最大值； Emax2和 Emax分別為最大副瓣和主瓣的場強最大值 。 （ 4） 前后比 ：指主瓣最大值與后瓣最大值之比。 用公式表示如下： 2m a xm a x20 0r ro r roP P P PESDS E???? 方向系數(shù) (Directivity) 式中 Pr、 Pr0分別為實際天線和無方向性天線的輻射功率。 其它方向上的方向系數(shù) D(θ,φ) 與天線的最大方向系數(shù) Ｄ max的關(guān)系為 2m ax0( , )( , ) ( , )r r oPPSD D FS??? ? ? ????方向系數(shù)也可以用分貝表示為 10lgD。 考慮到天線輸入端的電壓反射系數(shù)為 Γ， 則天線的總效率為 ηΣ=(1|Γ|2)ηA 天線效率 ( Efficiency ) 增益系數(shù) 的定義是：在同一距離及相同輸入功率的條件下 ,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度 Smax(或場強 |Emax|2的平方 ） 和理想無方向性天線 (理想點源 )的輻射功率密度 S0（ 或場強 |E0|2的平方 ） 之比 ， 記為 G。 理想無方向性天線本身的增益系數(shù)為 1。 在實際中 ， 天線的最大增益系數(shù)是比方向系數(shù)更為重要的電參量 。 因為一個增益系數(shù)為 輸入功率為 1W的天線和一個增益系數(shù)為 輸入功率為 5W的天線在最大輻射方向上具有同樣的效果 ， 所以又將 PrD或 PinG定義為 天線的有效輻射功率 。 ? 一般而言 ， 特指為該天線在最大輻射方向上的電場的空間取向 。 天線的極化 ( Polarization ) 輻射場的極化 在空間某一固定位置上 電場矢量端點隨時間運動的軌跡 ， 按其軌跡的形狀可分為線極化 、 圓極化和橢圓極化 。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 。 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 。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。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。 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。 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 實際電流與等效均勻電流所包圍的面積相等。 輸入阻抗的計算是比較困難的 ， 因為它需要準確地知道天線上的激勵電流 。 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。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)。 天線的所有電參數(shù)都是頻率的函數(shù) 。 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 。 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 。 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 由于天線無論作為發(fā)射還是作為接收 ， 應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)也應該和發(fā)射時的相同 。 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 。 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。 接收天線的等效電路 ZinZLE~E ~當天線以最大接收方向?qū)蕘聿ǚ较蜻M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載的平均功率 PLmax與來波的功率密度 Sav之比 ， 記為 Ae。 有效接收面積 (Effective Aperture) 在 極化匹配 的條件下 ， 如果來波的場強振幅為 Ei， 則 22iavES??等效電路中 ， 當 Zin與 ZL共軛匹配時 ， 接收機處于最佳工作狀態(tài) ， 此時傳送到匹配負載的平均功率為 inL REP8~2m a x ?當天線以 最大接收方向?qū)蕘聿?時 ， 此時接收天線上的總感應電動勢為 式中 le為天線的有效長度。 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 。 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 ，進而提高檢測微弱信號的能力，改善接收質(zhì)量。 考慮傳輸線的實際溫度和損耗，考慮到接收機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 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 接收機輸入端的噪聲溫度 接收機本身的噪聲溫度 考慮到接收機影響后的接收機輸出端