接收天線理論new

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1、98《天線原理與設(shè)計(jì)》講稿王建第三章接收天線理論天線接收電磁能量的物理過(guò)程是：天線在外場(chǎng)作用下激勵(lì)起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電流，該電流流進(jìn)天線負(fù)載Z(接收機(jī))，使接收機(jī)回路中產(chǎn)生電L流。所以，接收天線是一個(gè)把空間電磁波能量轉(zhuǎn)換為高頻電流能量的能量轉(zhuǎn)換裝置。其工作過(guò)程恰好是發(fā)射天線的逆過(guò)程，如圖3-1所示。圖3-1接收天線示意圖一般情況下，接收天線與發(fā)射天線相距很遠(yuǎn)，作用在接收天線上的電磁波可iii認(rèn)為是平面波。設(shè)來(lái)波方向與振子軸夾角為θ，來(lái)波電場(chǎng)E可分解為E和E兩&⊥iiii個(gè)分量，其中E垂直于振子軸不起作用，只有EE==Esinθ才使振子上產(chǎn)生⊥&zs感應(yīng)流I

2、，這個(gè)感應(yīng)電流將產(chǎn)生散射場(chǎng)E(I)，它是以感應(yīng)電流I為未知的函數(shù)。前面已介紹過(guò)，在接收狀態(tài)下的天線與接收機(jī)負(fù)載共軛匹配的最佳情況下，傳送至接收機(jī)的功率是天線感應(yīng)或截獲到的總功率的一半，另一半則被天線散射和熱損耗消耗掉了。如果不計(jì)天線熱損耗，這喻示了要使截獲到的功率的一半傳送給接收機(jī)，則天線必定要將另一半散射掉。i這樣，接收機(jī)接收的功率可用散射功率來(lái)等效。具體做法是由來(lái)波電場(chǎng)E與s感應(yīng)電流產(chǎn)生的散射場(chǎng)E(I)形成的總場(chǎng)在天線金屬表面應(yīng)滿足切向電場(chǎng)為零的邊界條件siEI()+E=0(3.1)zz來(lái)確定感應(yīng)電流I。這個(gè)感應(yīng)電流流過(guò)負(fù)載ZL將被其接收。上式實(shí)際上是一個(gè)含未知電

3、流的積分方程(見書上P51式(2.86))，可采用矩量法等方法求解。對(duì)于細(xì)線對(duì)稱振子接收天線，其上感應(yīng)電流分布也近似為正弦分布。采用上述方法分析接收天線，數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜。通常采用互易定理方法，它是利用收發(fā)天線的互易性，從發(fā)射天線的性能直接導(dǎo)出接收天線的性能。這種方法是分析接收天線的最簡(jiǎn)潔、最有普遍意義的方法。這里主要介紹這種方法。3.1采用互易定理方法分析接收天線設(shè)有兩個(gè)任意放置的天線1和2，彼此之間相距足夠遠(yuǎn)，處于各向同性的無(wú)界均勻媒質(zhì)中，除兩天線外沒(méi)有其它場(chǎng)源，如圖3-2所示。當(dāng)天線1作發(fā)射(加有電源ε，輸出電流為I1)，天線2作接收時(shí)，天線2上199《天線原理與設(shè)

4、計(jì)》講稿王建有感應(yīng)電流I21，形成開路電壓U2。由等效電路得UI=(Z+Z)(3.2)2212inL2當(dāng)天線2作發(fā)射(加有電源ε，輸出電流為I2)，天線1作接收時(shí)，天線1上2有感應(yīng)電流I12，形成開路電壓U1。由等效電路得UI=(Z+Z)(3.3)1121inL1(a)天線1發(fā)射，天線2接收(b)天線2發(fā)射，天線1接收?qǐng)D3-2用互易原理分析接收天線式中，Z和Z分別為天線1和2的輸入阻抗，Z和Z分別為天線1和2的1in2inL1L2負(fù)載阻抗。UU12由互易定理：=←(Z=Z)(3.4)1221II21把式(3.2)和(3.3)代入式(3.4)得IIZ()+=ZII(Z+

5、Z)(3.5)1121inL12212inL2由書上P13式(1.21)可得發(fā)射天線1在接收天線2處的電場(chǎng)矢量為30βLIe11(,)?E=Fθ?e(3.6)21121rrE21可得：I=(3.7)130βθLF(,?)e?e1121rE12同理有：I=(3.8)230βθLF(,?)e?e2212把式(3.7)和(3.8)代入(3.5)得IZ()+ZEI(Z+Z)E121inL121212inL212=(3.9)LF(,θ?)ee??LF(θ?,)ee11212212在上式的等號(hào)左邊分子分母點(diǎn)乘E，而等號(hào)右邊分子分母點(diǎn)乘E，然后消去相1221同因子EiE后得1221

6、100《天線原理與設(shè)計(jì)》講稿王建Z+ZIZ+ZI1inL1122inL221?=?(3.10)LF(,θ?)E′LF(θ?,)E′ee11122221式中，E′=Eie?，是天線2作發(fā)射時(shí)E在其極化方向的一個(gè)分量；21211221E′=Eie?，是天線1作發(fā)射時(shí)E在其極化方向的一個(gè)分量；12122112考察式(3.10)，I是在E′作用下在Z上產(chǎn)生的電流，即I∝E′；同理，I2121L2212112是在E′作用下在Z上產(chǎn)生的電流，即I∝E′。這樣一來(lái)式(3.10)的等號(hào)左邊完12L11212全由表征天線1的參量組成；等號(hào)右邊完全由表征天線2的參量組成。既然式(3.10

7、)等號(hào)的兩邊分別屬于某一天線，而該天線又可以是任意的，對(duì)任意形式的天線，式(3.10)應(yīng)恒等于一個(gè)常數(shù)，即ZZ+IinL=C(3.11)LF(,θ?)E′e解出接收電流ICLE′F(,θ?)UeAI==(3.12)Z++ZZZinLinL接收電動(dòng)勢(shì)UC=LE′F(θ,?)(3.13)Ae式中，C為常數(shù)；E′為入射電場(chǎng)在該天線作發(fā)射時(shí)的極化方向上的分量；F(,θ?)、L和Z分別為該天線作發(fā)射時(shí)的歸一化方向圖函數(shù)、有效長(zhǎng)度和輸入阻抗。ein由于常數(shù)C與天線形式無(wú)關(guān)，可以用最簡(jiǎn)單形式的天線——基本振子來(lái)確定它。設(shè)基本振子長(zhǎng)度為l，來(lái)波方向與振子軸夾角為θ，