《电磁场与电磁波》课件-9.4节

9.4接收天线理论

接收天线与发射天线具有互易特性，即同一天线作为发射与接收时的电参数是相同的，因此上面很多特性参数对接收天线也适用。本节主要内容天线接收的物理过程

有效接收面积

弗里斯（Friis）传输公式

等效噪声温度

接收天线的方向性

天线接收的物理过程

沿天线导体表面的电场切线分量在天线上激起电流，在这个切向分量的作用下，天线元段dz上将产生感应电动势e=-Ezdz。设入射电场分为两个分量：垂直于射线与天线轴所构成平面的分量E1和在上述平面内的分量E2。在入射场的作用下，接收天线上的电流分布为I(z)，并假设电流初相为零，则接收天线吸收的功率为dP=-eI(z)。整个天线吸收的功率为

天线接收的物理过程根据电磁场的边界条件，天线在接收状态下的电流分布应和发射时相同。因此假设接收天线的电流分布为

接收功率为接收天线输入电动势为有效长度的定义，有在最大接收方向上电动势的最大值为天线接收的物理过程设接收天线的归一化方向函数为，接收电动势为如果假设发射天线的最大辐射场强为，归一化方向函数为，则接收天线的接收电动势为：当两天线极化正交时，，天线收不到信号。

设入射波电场矢量为Ei=aiEi，接收天线的极化方向为ap，定义极化失配因子天线接收的等效电路天线接收的功率实际可分为三部分：

其中，为接收天线的再辐射功率；为负载吸收的功率；馈线的反射、极化失配等的损耗功率。在接收状态下天线输入阻抗相当于接收电动势的内阻抗。图中Z0为包括辐射阻抗和损耗电阻Rl0在内的接收天线输入阻抗ZL是负载阻抗。[例9-5]

设入射波为右旋圆极化，即，求接收天线分别为左旋圆极化、右旋圆极化和线极化时的极化失配因子。接收天线对接收波为左旋圆极化，即若接收天线为右旋圆极化，即解：入射波对接收天线来说为左旋圆极化波。其极化失配因子为[例9-5]（续）入射波对接收天线来说为左旋圆极化波。其极化失配因子为这是理想的极化匹配状态如果接收天线为线极化，设因此，用线极化天线接收圆极化波时，将产生3dB的功率损耗

有效接收面积(activereceivearea)

设接收天线的方向函数为，则可见，如果已知天线的方向系数，就可知道天线的有效接收面积。例如，电基本振子的方向系数为当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时，接收天线传送到匹配负载的平均功率为PLmax，并假定此功率是由一块与来波方向相垂直的面积所截获，则这个面积就称为接收天线的有效接收面积，记为Ae，即有：

用天线的方向系数表示为

弗里斯（Friis）传输公式

发射天线的总功率馈线接收天线的有效接收面积收、发两天线的最大方向对准且极化匹配，接收机输送给匹配负载的最大功率为弗里斯传输公式单位面积上的入射功率等效噪声温度

其中，为波耳兹曼常数，而为与天线相连的接收机的带宽。设接收天线等效为一个温度为Ta的噪声电阻R，接收天线向与其匹配的接收机输送的噪声功率Pn就等于该电阻所输送的最大噪声功率即噪声源分布在天线周围的空间，天线的等效噪声温度为

其中，为噪声源的温度空间分布函数。为天线的归一化方向函数。Ta取决于天线周围空间的噪声源的强度和分布；也与天线的方向性有关！结论显然，等效噪声温度Ta愈高，天线送至接收机的噪声功率愈大，反之愈小。天线的噪声温度还随频率和天线在天空中瞄准方向而变。为了减小通过天线而送入接收机的噪声，天线的最大辐射方向不能对准强噪声源，并应尽量降低旁瓣和后瓣电平。接收天线的方向性(directivity)

接收天线的方向性：主瓣宽度尽可能窄，以抑制干