天线的基本参数

1.1 天线的基本参数 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 包含的电阻部分（resistive component）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（比如温度）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θ 和Φ 的函数。 1.2 天线的方向性（D，Directivity）和增益（G，Gain） D=4π /Ω A，其中Ω A 是总波束范围（或者波束立体角）。Ω A 由主瓣范围（立体角）Ω M+副瓣范围（立体角）Ω m。 如果是各向同性的（isotropic）天线，则Ω A=4π ，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。 如果一个天线只对上半空间辐射，则其波束范围Ω A=2π ，因此 D=4π /2π=2=3.01dBi。 简单短偶极子具有波束范围Ω A=2.67π sr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。 如果一个天线的主瓣在θ 平面和Φ 平面的半功率波束宽度HPBW都是20度，则 D=4 π sr/ Ω A sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg) ≈103≈20dBi(dB over isotropic)。这意味着，当输入功率相同时，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，又考虑天线的效率。G=kD。只要天线不是100%损耗，那么 G 就小于D。k 是天线的效率因子（0≤k≤1）。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。 1.3 天线的分辨率（Resolu tion） 天线的分辨率被定义为第一零点波束宽度（FNBW，beam width between first nulls）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...