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天线的基本参数

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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...

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