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标题: 天线学习笔记 [查看完整版帖子] [打印本页]

时间: 2015-10-8 13:14

作者: donnar 标题: 天线学习笔记

1，无线天线被定义为一种结构，这种结构与一个转换区域密切相关；在这个区域中，一个行波能转换成一个自由空间波，或者相反，一个自由空间波转换成一个行波。

2，传输线是一个传输或者引导无线频率能量从一个点到另一个点的设备。在理想的无损情况下，能量被限制在线上传输，不会扩散到自由空间上去。如果传输线是短路的（short-circuited），外出的行波将被反射，反射波与外出波发生干扰，在传输线上形成一个驻波。驻波的特点是能量的聚集。

3，如果入射波和出射波完全相等，则形成纯驻波。纯驻波在一个周期内，能量集中的状况在完全电场和完全磁场之间来回振荡2次。这种能量形态被称为谐振电路，或者谐振器resonator。

4，天线负责发射或者接收能力，传输线负责引导能量，而谐振器负责储存能量。

5，当一个行波通过一条开口的传输线时，就会发射出自由空间无线电波。行波是二维平面波，而自由空间无线电波是三维球形波。只要传输线的2根线之间的距离远小于波长，那么平面行波在传输过程中就几乎没有损耗；当传输线的两条线之间的距离逐渐变大并最终形成开口时，电波就开始向自由空间发射。因此开口的传输线相当于一个天线。

6，从左侧的传输线的角度看，天线是一个阻抗（impedance）为Z的2终端电路单元（2-terminal circuit element），其中Z包含的电阻部分（resistive component）被称为辐射电阻（radiation resistance，Rr）；从右侧的自由空间角度来看，天线的特征可以用辐射方向图（radiation pattern）或者包含场量的方向图。Rr不等于天线材料自己的电阻，而是天线、天线所处的环境（比如温度）和天线终端的综合结果。

7，影响辐射电阻Rr的还包括天线温度（antenna temperature，TA）。对于无损（loseless）天线来说，天线温度TA和天线材料本身的温度一点都没有关系，而是与自由空间的温度有关。确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是一个取决于天线“看到（looking at）”的区域的参数。从这个角度看，一个接收天线可以被视作能遥感测温设备。辐射电阻Rr和天线温度TA都是标量（scalar quantity）。另一方面，辐射方向图包括场变量或者功率变量（功率变量与场变量的平方成正比），这两个变量都是球体坐标θ和Φ的函数。

时间: 2015-10-8 14:54

作者: donnar

8，天线方向性和增益

D=4π/ΩA，其中ΩA是总波束范围（或者波束立体角）。ΩA由主瓣范围（立体角）ΩM+副瓣范围（立体角）Ωm。

如果是各向同性的（isotropic）天线，则ΩA=4π，因此D=1。各向同性天线具有最低的方向性，所有实际的天线的方向性都大于1。

如果一个天线只对上半空间辐射，则其波束范围ΩA=2π，因此D=4π/2π=2=3.01dBi。

简单短偶极子具有波束范围ΩA=2.67π sr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。

如果一个天线的主瓣在θ平面和Φ平面的半功率波束宽度HPBW都是20度，则D=4π sr/ΩA sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg) ≈103≈20dBi(dB over isotropic)。这意味着，当输入功率相同时，该天线在主瓣方向的辐射功率是各向同性天线的103倍。

天线增益G既考虑天线的方向性，又考虑天线的效率（efficiency）。G=kD。只要天线不是100%损耗，那么G就小于D。k是天线的效率因子（0≤k≤1）。天线效率只和天线的欧姆电阻损耗有关。在发射状态时，这些电阻损耗使得收到的能量没有被发射出去，而是加热了天线本身。

9，天线的分辨率（Resolution）
天线的分辨率被定义为第一零点波束宽度（FNBW，beam width between first nulls）的一半。例如，当天线的FNBW为2°时，它的分辨率就是1°。这样的天线了区分位于Clarke对地静止轨道上相距1°的两颗卫星的发射机。当天线的最大波束对准一颗卫星时，另一颗卫星正好位于第一零点。
天线能够分辨出天空中均匀分布的无线电发射机或者点辐射源的数目得近似值N=4π/ΩA。因此，天线能够分辨的点源数在数值上等于该天线的方向性D。

时间: 2015-10-29 11:07

作者: zipless

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