接收天線特性參量

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1、§2.3接收天線特性參量接收天線的作用是把到達(dá)接收點處的電磁波能量轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行電磁波或高頻電流，并由饋線（傳輸線）傳送給接收機。因此接收天線是接收機的信源。接收天線完成的物理過程與發(fā)射天線剛好相反，或者說是完成發(fā)射天線的逆過程。本節(jié)主要內(nèi)容1、接收天線接收電磁波的物理過程2、天線的互易定理3、天線的有效接收面積4、天線的等效噪聲溫度5、付里斯（Friis）傳輸公式6、雷達(dá)和雷達(dá)截面1、接收天線接收電磁波的物理過程接收天線和發(fā)射天線一般都相距遙遠(yuǎn)（距離大于天線的工作波長，中心頻率對應(yīng)的波長），基于此

2、，理論分析上認(rèn)為發(fā)射天線發(fā)射TEM球面波，而接收天線接收的來波是TEM平面波。這種理論分析的假定應(yīng)該是足夠精確的，并有重要的意義。接收電磁波的物理過程置于電磁場中的導(dǎo)體天線，與導(dǎo)體表面相切的電場分量會在導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)天線與接收機構(gòu)成回路時會產(chǎn)生感生電流，這就是接收天線接收電磁波的基本物理過程，其本質(zhì)上就是電磁感應(yīng)的過程，是由輻射電磁波轉(zhuǎn)化為導(dǎo)行電磁波的物理過程。線狀天線接收電磁波的方向性2、天線的互易定理天線互易定理的表述天線互易定理證明天線互易定理的推論2.1天線互易定理的表述若在天

3、線A的饋端上施加電動勢，在天線B的饋端處測得感應(yīng)電流，則對應(yīng)于在天線B的饋端施加相同電動勢的情況，在天線A的饋端處也得到相等（幅度和相位均相同）的電流。這里假設(shè)兩種情況的電動勢具有同樣的頻率，并且媒質(zhì)是線性、無源和各向同性的。2.2天線互易定理證明2.3天線互易定理的推論對于接收天線來說是一個非常重要的結(jié)論，就是說同一天線用于發(fā)射和接收狀態(tài)時，方向函數(shù)、阻抗、有效長度并推廣到方向系數(shù)（增益）都是相同的。這被稱為互易性，也就是天線的互易定理。但值得注意的是這種相同是數(shù)值上的相同，其意義完全不同的。

4、No.1發(fā)射No.2接收的過程和結(jié)果No.1饋源電勢和內(nèi)阻No.1輸入阻抗、有效長度和方向函數(shù)輻射電流No.2位置處No.1天線的輻射場No.2的感生電流No.2發(fā)射No.1接收的過程和結(jié)果No.2饋源電勢和內(nèi)阻No.2輸入阻抗、有效長度和方向函數(shù)輻射電流No.1位置處No.2天線的輻射場No.1的感生電流3天線的有效接收面積意義：從能量的角度定義天線的有效接收面積，用以表示接收天線吸收到來電磁波的能力。定義：把接收天線與某方向的來波極化一致時，天線的匹配接收功率與來波能流密度之比，定義為該接收

5、天線在這個方向上的有效接收面積。天線的匹配接收功率天線極化與來波極化的匹配。饋源與傳輸線之間的匹配，天線與饋線之間的匹配。接收天線的阻抗與接收機輸入阻抗共軛匹配。4天線的等效噪聲溫度意義：當(dāng)接收天線距離發(fā)射天線非常遠(yuǎn)時，接收信號電平很低，僅僅用天線方向性系數(shù)或增益已不能判斷天線性能的優(yōu)劣．而應(yīng)該用接收機的信號功率和噪聲功率的比值來表征天線的接收質(zhì)量。描述天線向接收機輸送噪聲功率的參數(shù)就是天線的等效噪聲溫度。定義：接收天線向負(fù)載傳輸?shù)钠ヅ湓肼暪β蕦?yīng)溫度等效噪聲溫度，由下式定義。K是玻爾茲曼常數(shù)電

6、阻的噪聲溫度根據(jù)電路中學(xué)習(xí)過的噪聲知識，電子熱運動將在電阻兩端產(chǎn)生隨機的噪聲電壓。它輸送給匹配電阻的最大噪聲功率〔稱額定噪聲功率)為T就是環(huán)境的溫度，Δf噪聲的頻率范圍。消波室中天線的溫度設(shè)消波室中，一架無損耗輻射電阻為R的天線，則呈現(xiàn)在天線饋段天線噪聲功率可以等效為電阻R在相同環(huán)境溫度下的噪聲功率；天線的溫度就是消波室的環(huán)境溫度。一般情況下天線的溫度一般情況下天線的等效噪聲溫度不等于天線的物理溫度。天線的等效噪聲溫度既決定于外部噪聲源的空間分布情況，又決定于天線的方向性及其放置取向。當(dāng)把接收天

7、線方向圖零點對準(zhǔn)強噪聲源時，等效噪聲溫度就低；當(dāng)主波束(輻射)方向上存在強噪聲源時．等效噪聲溫度就高。射電望遠(yuǎn)鏡射電望遠(yuǎn)鏡就是用天線來探測遠(yuǎn)處的射電源，就是通過天線的等效溫度實現(xiàn)這種測量的。測量凈空背景輻射溫度3K，源自宇宙初創(chuàng)殘余溫度。接收天線的信噪比接收天線的信噪比與增益成正比，與等效溫度成反比。5付里斯(Friis)傳輸公式天線的某方向有效接收面積可以用接收天線的增益表示。發(fā)射機接收機電波空間饋線饋線Friis傳輸公式主向?qū)?zhǔn)，極化一致自由空間損耗：Friis傳輸公式的意義它是進(jìn)行無線電信

8、系統(tǒng)總體設(shè)計的一個重要公式。當(dāng)已確定一個無線電信系統(tǒng)發(fā)射機輸出功率，可根據(jù)信號波長，距離和所要求方向上的接收點的匹配接收功率，來分配發(fā)射和接收天線的增益指標(biāo)。6雷達(dá)和雷達(dá)截面雷達(dá)一詞英文“Radar”的音譯，“Radar”是“radiodirectionandrange”（無線電定向與測距）首字母的宿寫。雷達(dá)工作過程：發(fā)射脈沖電磁波，接收目標(biāo)物的后向散射波，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物方向和距離的測定。雷達(dá)截面是描述散射體重要物理量。RSCradarcrosssection.示意圖散射截面TR后向散射波入射