接收天线特性参量.ppt

2 3接收天线特性参量 接收天线的作用是把到达接收点处的电磁波能量转换为导行电磁波或高频电流 并由馈线 传输线 传送给接收机 因此接收天线是接收机的信源 接收天线完成的物理过程与发射天线刚好相反 或者说是完成发射天线的逆过程 本节主要内容 1 接收天线接收电磁波的物理过程2 天线的互易定理3 天线的有效接收面积4 天线的等效噪声温度5 付里斯 Friis 传输公式6 雷达和雷达截面 1 接收天线接收电磁波的物理过程 接收天线和发射天线一般都相距遥远 距离大于天线的工作波长 中心频率对应的波长 基于此 理论分析上认为发射天线发射TEM球面波 而接收天线接收的来波是TEM平面波 这种理论分析的假定应该是足够精确的 并有重要的意义 接收电磁波的物理过程 置于电磁场中的导体天线 与导体表面相切的电场分量会在导体上产生感应电动势 当天线与接收机构成回路时会产生感生电流 这就是接收天线接收电磁波的基本物理过程 其本质上就是电磁感应的过程 是由辐射电磁波转化为导行电磁波的物理过程 线状天线接收电磁波的方向性 2 天线的互易定理 天线互易定理的表述天线互易定理证明天线互易定理的推论 2 1天线互易定理的表述 若在天线A的馈端上施加电动势 在天线B的馈端处测得感应电流 则对应于在天线B的馈端施加相同电动势的情况 在天线A的馈端处也得到相等 幅度和相位均相同 的电流 这里假设两种情况的电动势具有同样的频率 并且媒质是线性 无源和各向同性的 2 2天线互易定理证明 2 3天线互易定理的推论 对于接收天线来说是一个非常重要的结论 就是说同一天线用于发射和接收状态时 方向函数 阻抗 有效长度并推广到方向系数 增益 都是相同的 这被称为互易性 也就是天线的互易定理 但值得注意的是这种相同是数值上的相同 其意义完全不同的 No 1发射No 2接收的过程和结果 No 2发射No 1接收的过程和结果 3天线的有效接收面积 意义 从能量的角度定义天线的有效接收面积 用以表示接收天线吸收到来电磁波的能力 定义 把接收天线与某方向的来波极化一致时 天线的匹配接收功率与来波能流密度之比 定义为该接收天线在这个方向上的有效接收面积 天线的匹配接收功率 天线极化与来波极化的匹配 馈源与传输线之间的匹配 天线与馈线之间的匹配 接收天线的阻抗与接收机输入阻抗共轭匹配 4天线的等效噪声温度 意义 当接收天线距离发射天线非常远时 接收信号电平很低 仅仅用天线方向性系数或增益已不能判断天线性能的优劣 而应该用接收机的信号功率和噪声功率的比值来表征天线的接收质量 描述天线向接收机输送噪声功率的参数就是天线的等效噪声温度 定义 接收天线向负载传输的匹配噪声功率对应温度等效噪声温度 由下式定义 K是玻尔兹曼常数 电阻的噪声温度 根据电路中学习过的噪声知识 电子热运动将在电阻两端产生随机的噪声电压 它输送给匹配电阻的最大噪声功率 称额定噪声功率 为 T就是环境的温度 f噪声的频率范围 消波室中天线的温度 设消波室中 一架无损耗辐射电阻为R的天线 则呈现在天线馈段天线噪声功率可以等效为电阻R在相同环境温度下的噪声功率 天线的温度就是消波室的环境温度 一般情况下天线的温度 一般情况下天线的等效噪声温度不等于天线的物理温度 天线的等效噪声温度既决定于外部噪声源的空间分布情况 又决定于天线的方向性及其放置取向 当把接收天线方向图零点对准强噪声源时 等效噪声温度就低 当主波束 辐射 方向上存在强噪声源时 等效噪声温度就高 射电望远镜 射电望远镜就是用天线来探测远处的射电源 就是通过天线的等效温度实现这种测量的 测量净空背景辐射温度3K 源自宇宙初创残余温度 接收天线的信噪比 接收天线的信噪比与增益成正比 与等效温度成反比 5付里斯 Friis 传输公式 天线的某方向有效接收面积可以用接收天线的增益表示 发射机 接收机 电波空间 馈线 馈线 Friis传输公式 主向对准 极化一致 自由空间损耗 Friis传输公式的意义 它是进行无线电信系统总体设计的一个重要公式 当已确定一个无线电信系统发射机输出功率 可根据信号波长 距离和所要求方向上的接收点的匹配接收功率 来分配发射和接收天线的增益指标 6雷达和雷达截面 雷达一词英文 Radar 的音译 Radar 是 radiodirectionandrange 无线电定向与测距 首字母的宿写 雷达工作过程 发射脉冲电磁波 接收目标物的后向散射波 从而实现对目标物方向和距离的测定 雷达截面是描述散射体重要物理量 RSCradarcrosssection 示意图 散射截面 T R 后向散射波 入射波 漫散射波 雷达 雷达方程和雷达截面 目标物截获的功率 考虑信号带宽 设散射体具有各向同性的散射特性 即它作为辐射电磁波天线方向系数为1 口径或者等效面积为常数 雷达截面的测量 雷达截面是描述散射体的物理量 和雷达本身也有一定的关系 比如频率 相对方位等 一个半径为a的理想导体球的雷达截面就等于其几何截面 而非理想导体球雷达截面则要比几何截面小 比如月球对米波雷达截面约等于其物理截面的0 1 雷达截面测量条件如下 L是物体的线度 对于高频或大物体 需要采用一些特殊技术测定雷达截面 小结 对于接收天线的研究 我们并未按照