微波第八章天线传输公式和雷达方程

主要天线辐射理天线性能指弗里斯传 方天天线测天线3 天线的电通信装备、、电子对抗 天线的天线是LC 天线发展的重要件188619011939年二战期间在军事方面的应用，使天线应用覆盖了如今天线已广泛应用于移动通信、广播电视、、导航、 天线的分①按工作性质②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线 天线等④按结构形式 短天线电力线 电流元的辐场电流元：电流的一个微分段，即长度远小于波长的一段电i(t)IcostReIejt 用矢量位求电rA(r)ˆ

Idle0 0矢量磁ArAz AAzA由可

H k2sin

赫芝偶极子 jkr2 辐 k

Er cos 3

22c jkr22c

距离的函 k

sin

极角的函E

jkr

3

电流元的近区r

kr

kr高次项起主要rejkr

Er2r3Er2r3 0430r准静态90近场区占优势电流元的远区kr

1kr低次项起主要 j0Idlsin

e jkIdlsine 1 v

sinSRe[2EH]Re[2EH

]ˆ

r电场、磁场沿φ无变化，沿θ按sinθ变化，有方 远区场的质远区电磁场的运动方向为r方向，在r=常数的球面上各点的电电场、磁场、功率流密度三者方向为右旋系统，r场分量，横电磁波或TEM

k p

自由空间波H H

0k

120电场和磁场中间在近区与远区的空间称为中间区， 的通常是远场区

1v H] Re[ H]

ˆ1Idl2sin2 r 度方与向说电场量离流区成自由 的磁。电流元把约束在导体周围的电磁能量转变为自 的电波，它构成一

12Idl 天线平均辐射Pas

Sˆ sind

P1I2

2dl

2dl

Ra

3

辐射电 （5）与辐 j0Idl

e

jkIdlsine

F,E,

归一化方向性系数（方向性系数向辐射最E面方向 H面方向 磁流元的射引入磁流，方便如面天线、vHvHrv(HHErtEevHr(Hr(E)rvHmE电量、磁量的对偶磁流元的射磁流元：长度远小于波长的一 j0IdlsinerHjkIdlsinerEjImdlsinerHjImdlsine2r电流元的辐射 磁流元的辐射的小电流环等jwIm 其远区辐射场

SIk2

e

小圆环的方向

元相同，均

SIk2

e

辐射电阻很小，接收天

测向、中/短波 微分面积单元dSdxdy （1）天线的场区近场远场（夫琅和R偶极子天线的能流2方向图（方向性图、波瓣图图 ,)Fn(,)

(,)P(,)P(,) (,) 例子：电流元的方 j0Idlsin

e

jkIdlsine2E2 2E2F,

E,

P,

E

sin2射方向上的两。平行的两个主场方向

功率方向

场波瓣的分场波瓣的分 个零点之间的零功率个零点之间的 例

E()求:(a)半功率波束宽度(HPBW)；(b)第一零点波束宽度(FNBW)。2E()sin22

o20o

12o半功率波束宽12oE()sin

1220180012

第一零点波束oooodArdrsin

Φ方向的弧dAr2d立体球面面2rsinrd4r24完整球面所张的立体角一立体弧度1sr1rad2 完整球面立体角/

deg 因此辐射功率=P,

瓦，而波束范射视为零

波束范围

（4）度每单位立体角内由天线辐射的功率称为辐射强度U(W/sr)，瓦（5）

远场情ΩA(或波束立体或立体加上副瓣范Ωm所构成主波束范围与(总)波束范围之比称为(主)波束副瓣范围与6方向性系数D和增益PmaxPavD。 D(,)Pmax(,)

(,)

Ω球面d 4球面

1

P,

P, P P天线天线的波束

(,) 近似方向性数已知半功率波»副瓣修» 增G天天线效率1G。一个输入功率为10W的理想的无方向性的天线与一个增益为101W（7）与分率 天线的分辨率可定义为第一零点波束宽度的一半，即FNBW/2）ND.8化ˆExmˆEym x xEEy2E Ecossin2E yAyABOxzEEExEEy2tan2 E2ExmEAR= （9）径天线有效口径记平面波的功率密度即坡印廷矢量的幅度为S(W/m2)，喇叭的物理口径即面积为AP(m2)。有效口径喇叭天线 口Ae将部率一束围为A(的 射r匀口径面积一波束范围的关有效口径一方向性系数的关系（10）度天线有效高度是另一个与口径有关的参量。有效高度乘以与之相同极化的入射电场EV/m)，就得到感应电压V有效口径一有效高度的关般情况下使用有效口径描述天线特物理·电电路参区

空间参·方向性图，，··极化·波束范围·方向性·增益·有效口径，A·有效长度，h (11)输入阻抗、驻波比度在。（12）的噪度对于接收天线，它除了接收有用信号外，还接收周围空间的噪声，并把噪声功率送给。因此，可以用噪声温度来T,噪声源在空间的分布(它为亮度温度分布函传 方 传输式该 的功。P Pt

SrPt4rt无损耗、已匹配，有效面积为Aer的接收天线接收到的功PS AerGtSSGtr4r将发射天线的增益写

G4 2

4r

PrAerAet r225GHz15W15km的功率PrAerr2 测距方方程是描 系统特性的最基本的数学关系： 背景影响（媒对 距。 系统 部件设计、目标特性、隐身与反隐