天线的相关概念

最新推荐文章于 2025-05-16 22:00:21 发布

m0_46521579

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本文详细介绍了天线的基本概念，包括发射和接收电磁波的能力、辐射强度、功率、效率、方向性、输入阻抗、工作带宽以及有效面积等关键参数，同时涵盖了方向图、损耗因素等内容。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

天线：发射和接收电磁波的装置

1. 辐射强度

发射（接收）能量在空间中的角分布（单位立体角中的功率）。

$U(\theta, \phi) = r^2 |\rm S|$

2. 辐射功率

通过所有方向辐射出去的总功率。

$P_{rad} = \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{\pi} U(\theta, \phi) sin(\theta) d \theta d \phi$

3. 辐射电阻

对峰值电流，辐射电阻满足

$P_{rad} = \frac{1}{2} |I_0|^2 R_r$

4. 方向性

辐射强度与平均强度之比。平均强度是假设辐射功率被各向均匀辐射天线所辐射时的强度。

如果不指明方向，则默认取最大值。

$D(\theta, \phi) = \frac{U(\theta, \phi)}{U_0} = 4\pi \frac{U(\theta, \phi)}{P_{rad}}$

$D_0 = D(\theta, \phi) |_{max}$

5. 增益

辐射强度与参考强度之比。参考强度是假设输入功率被各向均匀辐射天线全部辐射出去时的强度。

如果不指明方向，则默认取最大值。

$G(\theta, \phi) = 4\pi \frac{U(\theta, \phi)}{P_{in}}$

$G_0 = G(\theta, \phi)|_{max}$

6. 辐射效率

辐射功率与输入功率之比。

$\eta_{cd} = \frac{P_{rad}}{P_{in}}$

$G(\theta, \phi) = \eta_{cd} D(\theta, \phi)$

7. 天线效率

考虑到输入阻抗不匹配时引起的反射损耗时的辐射效率。

$\eta_{e} = \eta_{cd} \left( 1 - |\Gamma|^2 \right )$

8. 方向图

描述辐射场特性的空间图形。

E-平面：最大辐射方向与电场矢量方向所确定的平面。

H-平面：最大辐射方向与磁场矢量方向所确定的平面。

9. 输入阻抗

天线输入端电压与电流之比，或适当定义的电场与磁场之比。

10. 工作带宽

天线的某一特性在某一准则下的工作频率范围。比如输入阻抗（指定一种特性）在变化一半时（指定一个准则）的频率范围。

11. 有效面积

接收天线负载上所获得的功率与入射波功率流密度成正比，这个比例系数称为天线的有效面积。

$P_r = A_e S_i$

最大有效面积：

通常天线口面拦截到功率只有一部分被传送到负载，需要经历传导损耗、介质损耗、极化损失和反射损耗等。

$A_e = A_{em} \eta_{cd} |\hat{\rho}_{w} \cdot \hat{\rho}_a|^2 \left( 1 - |\Gamma|^2 \right )$

$A_{em} = \frac{\lambda ^2}{4\pi} D_0$

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