接收天線理論

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1、接收天線理論接收天線的主要功能是將電磁波能量轉(zhuǎn)化為高頻電流（導(dǎo)波）能量。接收天線在無線電波場內(nèi)能感應(yīng)出電流，并在接收天線輸出端產(chǎn)生一個電動勢。感應(yīng)電動勢通過饋線向無線接收機(jī)輸送電流。接收天線是接收機(jī)的電源，接收機(jī)（包括饋線）是接收天線的負(fù)載。接收天線的研究內(nèi)容：1、接收天線的感應(yīng)電動勢和來波方向的關(guān)系；2、接收天線的阻抗；3、接收天線輸出功率最大的條件；4、接收天線的電參數(shù)。STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院1接收天線理論1.下圖所示為一接收天線，它處于外來無線電波E的場中,i發(fā)射天線與接收天線相距甚遠(yuǎn),因此,到達(dá)接收天線

2、上各點的波是均勻平面波。設(shè)入射電場可分為兩個分量:一個是垂直于射線與天線軸所構(gòu)成平面的分量E,另一個是在上述平面1內(nèi)的分量E。只有沿天線導(dǎo)體表面的電場切線分量2Ez=E2sinθ才能在天線上激起電流,在這個切向分量的作用下,天線元段dz上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢ε=-Edz。zSTE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院2zE1?E2EEdzzi?Ei2l圖：天線接收原理STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院3在入射場的作用下,接收天線上的電流分布為I(z),假設(shè)電流初相為零,則接收天線從入射場中吸收的功率dp???I(Z)由上

3、述分析得整個天線吸收的功率為ll?jkzcos?jkzcos?P???I(z)e?EI(z)edz??l??lZ式中,因子ejkzcosθ是入射場到達(dá)天線上各元段的波程差。這說明接收天線有方向性。根據(jù)電磁場的邊值理論,天線在接收狀態(tài)下的電流分布應(yīng)和發(fā)射時相同。因此假設(shè)接收天線的電流分布為I(z)=Isink(l-

4、z

5、)m則接收功率為：STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院4ljkzcosp?EIsink(l?z)edz??2mll??2EIsinsin(??klz)cos(kzkcos)dz?2m?l因此接收天線輸入電動勢為

6、p2EIl2m???sin??sink(l?z)cos(kzcos)dzIIsinkl0inm根據(jù)上節(jié)有效長度的定義,有Il1?cosklmh?sin(l?z)dz?ein??Isinkllksinklm得接收天線的表達(dá)式為STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院5ξ=EhF(θ)=EcosψhF(θ)2einiein式中,ψ是入射場E與θ的夾角;θ是方向角θ的單位矢量；ih是接收天線歸于輸入電流的有效長度。einF(θ)是接收天線的歸一化方向函數(shù),它等于天線用作發(fā)射時的方向函數(shù)?？梢?接收電動勢E和天線發(fā)射狀態(tài)下的有效長度成正

7、比,且具有與發(fā)射天線相同的方向性。如果假設(shè)發(fā)射天線的歸一化方向函數(shù)為F(θ),最大入射場強為

8、E

9、,則接收天線的接iimax收電動勢為E=

10、E

11、max·F(θ)cosψ·hF(θ)iieiniSTE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院6當(dāng)兩天線極化正交時,ψ=90°,E=0,天線收不到信號。上述分析清楚地介紹了接收的物理過程并得出了方向性收發(fā)互易的結(jié)論。天線接收的功率可分為三部分，即P=P+P+PΣLl,P為接收天線的再輻射功率;P為負(fù)載吸收的功ΣL率;P為導(dǎo)線和媒質(zhì)的損耗功率。l接收天線的等效電路如下圖所示。圖中Z為包括輻射0阻

12、抗Z和損耗電阻R在內(nèi)的接收天線輸入阻抗,Z是負(fù)載Σ0l0L阻抗?？梢娫诮邮諣顟B(tài)下,天線輸入阻抗相當(dāng)于接收電動勢E的內(nèi)阻抗。STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院7Z0ZLe圖：天線的等效電路STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院82.有效接收面積是衡量一個天線接收無線電波能力的重要指標(biāo)。它的定義為:當(dāng)天線以最大接收方向?qū)?zhǔn)來波方向進(jìn)行接收時,接收天線傳送到匹配負(fù)載的平均功率為P,并Lmax假定此功率是由一塊與來波方向相垂直的面積所截獲,則這個面積就稱為接收天線的有效接收面積,記為A,即有ePLmaxA?eSav式中

13、,S為入射到天線上電磁波的時間平均功率流密度，av其值為21EiS??av2?STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院9根據(jù)接收天線的等效電路,傳送到匹配負(fù)載的平均功率（忽略天線本身的損耗）為2?P?Lmax8R?0當(dāng)天線以最大方向?qū)?zhǔn)來波方向時,接收電動勢為???Elie2230?l2??R?F(?,?)sin?d?d??0??R00?0STE_A.J.YUE西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院10將天線的方向系數(shù)公式代入上式得天線的有效接收面積為22D??Ae?Ae?2??24???F(?,?)sin?d?d?00可見,如果已知天線

14、的方向系數(shù),就可知道天線的有效接收面積。有效接收面積也稱為有效口徑。例如,電基本振子的方向系數(shù)為D=1.5,A=0.12λ2。如果e考慮天線的效率,則有效接收面積為2G?A?e4?工程上通常是