天线的辐射、接收与辐射电阻

来源:中国科学院半导体研究所 通信方案 7 次阅读
摘要:本文介绍了天线的辐射、接收与辐射电阻。 天线说白了就是一种转换结构。它把传输线里的导行波和自由空间里的空间波互相转换。发射时,电信号变成电磁波打出去;接收时,电磁波又变回电信号收进来。 不管天线长什么样,它的辐射原理都一样:电荷只要加速或减速,就会向外辐射电磁波。 辐射的强弱,正比于电荷量与加速度乘积的平方;辐射最强的方向,总是垂直于加速度的方向。对于交流信号,我们通常看电流;对于脉冲信号,则更关

本文介绍了天线的辐射、接收与辐射电阻。

天线说白了就是一种转换结构。它把传输线里的导行波和自由空间里的空间波互相转换。发射时,电信号变成电磁波打出去;接收时,电磁波又变回电信号收进来。

不管天线长什么样,它的辐射原理都一样:电荷只要加速或减速,就会向外辐射电磁波。

辐射的强弱,正比于电荷量与加速度乘积的平方;辐射最强的方向,总是垂直于加速度的方向。对于交流信号,我们通常看电流;对于脉冲信号,则更关注电荷的瞬时变化。

如上图所示,射频发射机连着双线传输线。在线的均匀段,两线间距远小于波长,能量以平面波形式沿线传输,损耗很小。

但线逐渐张开后,间距达到或超过波长量级,这段结构就开始向空间辐射能量,成了天线。电流虽然来回流动,但激发的电磁场却持续向外走。

所以,发射天线是导行波转空间波,接收天线是空间波转导行波。总之一句话,天线就是电路和空间之间的换能器。

从电路角度看,从传输线往天线看,可以等效成一个电阻,叫辐射电阻,记作Rr。这个电阻代表天线把电能耦合到空间的能力,和天线本身的材料损耗无关,纯粹是等效出来的。

发射时,辐射出去的功率会被远处的树木、建筑、地面、天空或其他天线吸收。接收时,远处目标的辐射会让天线端口呈现出某个“等效噪声温度”。

这个温度不是天线自身的物理温度,它反映的是天线“看”到的那片空间区域的辐射强度。所以在这个意义上,接收天线也可以当成一种遥感测温的工具。

辐射电阻 Rr 虽然物理上并不存在,但非常实用。有了它,我们就能用电路理论来处理天线问题,不用去直接算复杂的空间场分布。

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