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1、-1.11.1天线的根本参数天线的根本参数从左侧的传输线的角度看，天线是一个阻抗impedance为 Z 的 2 终端电路单元2-terminal circuit element ，其中 Z 包含的电阻局部resistive ponent被称为辐射电阻radiation resistance，Rr ；从右侧的自由空间角度来看，天线的特征可以用辐射方向图radiation pattern或者包含场量的方向图。Rr不等于天线材料自己的电阻，而是天线、天线所处的环境比方温度和天线终端的综合结果。影响辐射电阻 Rr的还包括天线温度antenna temperature，TA 。对于无损天线来说，天线温
2、度 TA和天线材料本身的温度一点都没有关系，而是与自由空间的温度有关。确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是一个取决于天线“看到的区域的参数。从这个角度看，一个接收天线可以被视作能遥感测温设备。辐射电阻 Rr和天线温度 TA都是标量。另一方面，辐射方向图包括场变量或者功率变量功率变量与场变量的平方成正比 ，这两个变量都是球体坐标和的函数。1.21.2天线的方向性天线的方向性D D，DirectivityDirectivity和增益和增益G G，GainGainD=4/A，其中A是总波束围或者波束立体角 。A由主瓣围立体角M+副瓣围立体角m。如果是各向同性的isotropic天线，
3、则A=4，因此 D=1。各向同性天线具有最低的方向性，所有实际的天线的方向性都大于 1。.z.-如果一个天线只对上半空间辐射，则其波束围A=2，因此D=4/2=2=3.01dBi。简单短偶极子具有波束围A=2.67 sr，和定向性 D=1.51.76dBi 。如果一个天线的主瓣在平面和平面的半功率波束宽度 HPBW 都是 20 度，则 D=4 sr/Asr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg) 10320dBi(dB over isotropic)。这意味着，当输入功率一样时，该天线在主瓣方向的辐射功率是各向同性天线的103 倍。天线增益 G 既考虑天线的方向性，又考虑天线
4、的效率。 G=kD。只要天线不是 100%损耗，则 G 就小于 D。k 是天线的效率因子0k1 。天线效率只和天线的欧姆电阻损耗有关。在发射状态时， 这些电阻损耗使得收到的能量没有被发射出去，而是加热了天线本身。1.31.3天线的分辨率天线的分辨率ResolutionResolution天线的分辨率被定义为第一零点波束宽度FNBW，beam width between firstnulls的一半。例如，当天线的 FNBW 为 2时，它的分辨率就是 1。这样的天线了区分位于 Clarke 对地静止轨道上相距 1的两颗卫星的发射机。当天线的最大波束对准一颗卫星时，另一颗卫星正好位于第一零点。天线能
5、够分辨出天空中均匀分布的无线电发射机或者点辐射源的数目得近似值 N=4/A。因此，天线能够分辨的点源数在数值上等于该天线的方向性D。1.41.4天线的口径天线的口径ApertureAperture引入天线口径这个概念在讨论接收天线显得特别简便。 假设接收天线是浸没.z.-在均匀平面波中的电磁喇叭。设平面波的 Poynting 矢量或者功率密度为 S瓦/平方米 ；设喇叭的开口面积是 A 平方米。如果喇叭经由其全部开口面积从平面波中提取功率，则，吸收到的总功率 P=S*A瓦 。这样，就可以只关注这个电磁喇叭的开口，而它从经过的波中摄取的总功率和口径或者开口的面积成正比。1.51.5FriisFri
6、is 传输公式传输公式口径的概念有助于解释著名的 Friis 传输公式。这个公式给出了在无线通信线路上收到的功率大小。设发射机 T 将功率 PT馈送给有效口径为Aet的发射天线。 在相距 r处有一个有效口径为 Aer的接收天线，该接收天线截取了发射天线发出来的局部功率，并转送给接收机 R。先暂时假定发射天线是各向同性的，则在接收天线的位置的功率密度Power per unit area是：Sr = Pt/4r2W/米2假设发射天线有增益 Gt， 则接收天线的位置的功率密度 Power per unit area按比例增加到：Sr = GtPt/4r2W/M2因为接收天线的有效口径是 Aer，所
7、以它截取到的功率是：Pr=Sr*Aer=Aer GtPt/4r2因为发射天线的增益公式为：Gt=4Aet/2因此，Pr/Pt=AerAet/r22无量纲，是无线电的波长.z.-这就是著名的 Friis 传输公式。1.61.6天线的两重性天线的两重性天线既可以被看成电路设备circuit device ，又可以被看成空间设备spacedevice 。相应的电路参数和空间参数如下列图所示：1.71.7电磁辐射怎么产生的电磁辐射怎么产生的. .当电荷静止不动时，没有辐射。当电荷沿着直线做匀速运动时，没有辐射。当电荷做变速运动时如曲线运动、往返运动时 ，产生电磁辐射。1.81.8功率功率 P P 和功
8、率密度和功率密度 S S功率是单位时间的能量 E；功率密度是单位面积的功率，即单位时间、单位面积的能量。1.91.9脉冲展开的双线天线脉冲展开的双线天线Pulsed Opened-out Twin-line Antennas 由两根导线组成，每根导线都类似瑞士登山者使用的长柄木号角。天线的左边是均匀局部。天线的右边局部逐渐弯曲，直到导线之间的距离到达甚至超过一个波长，而弯曲局部产生的辐射最后形成了一个向右的波束。这种天线是一种根本的宽带天线。.z.-1.101.10天线的近场区和远场区天线的近场区和远场区围绕着天线的场可以分为两个主要区域：近场区Fresnel 区和远场区Fraunhofer
9、区 。两者的边界半径是 R=2L2/，其中 L 是天线的最大尺寸。1.111.11天线形状和阻抗天线形状和阻抗impedanceimpedance的关系的关系在很多场合，我们能根据天线形状对其进展定性估算。在图 a 中，如果双导线传输线的开口足够大，且满足 1d 远小于； 2D，则在左侧的输入端呈现为固定的阻抗。在b 中，弯曲的导线被拉直成锥形。而在 c 中，两个锥形在一条直线上，形成双锥天线。而在d 中，锥形退化成两条直线。从 a 到 d，天线的阻抗相对恒定，而带宽则逐渐减少。A 和 b 是单向性天线，波束指向右边；c 和 d 是垂直于线或锥轴的平面上的全向天线。E 是两个导线向相反方向急剧
10、转弯而形成的螺旋形天线，表现为顺时针旋转的极化特性和最大的垂直于纸面的宽边辐射。和 a 一样，e 也显示出宽频特性。上图中的天线都是偶极子天线dipole ，都是平衡的，即它们都通过平衡的双导体传输线来馈电。下列图是单极子天线 monopole ，通过非平衡的同轴传输线来馈电。通过让同轴电缆传输线的层导线和外层导线逐渐变细，就得到了一个有很宽带宽的天线。天线的外形让人联想起火山口。下列图 b 中，火山口变成了双碟形；而在 c 中，则成了两个呈宽角度的锥形。所有这些天线都是宽频天线，并且是在与轴垂直的平面上的全向天线。将 c 中的下面锥形增加到 180 度，并减少上面的锥角，就成了 d。假设上部的锥体进一步变为细桩，就成了e 所示的极端形式。E 这种形式的天线的带宽相.z.-对较窄。随着天线形状的变异，传输线的不连续性也日益显著，这使得局部能量被反射回传输线。天线越细，天线末端的反射越大。具有大且突变的不连续性的天线的反射性比拟大，只能在较窄频带上做无反射的电磁波转换器在窄频带中，反射被抵消了 ；具有小且渐变的不连续性的天线的反射性比拟小，能够在较宽频带做无反射的电磁波转换器。.z.
