天线是无线电技术设备中用来辐射或接受电磁波的装置,是任何无线电通信系统都离不开的重要前端器件,它广泛地应用于无线电通讯、雷达、导航、遥感、电子对抗和射电天文等领域中,担负着换能器的任务,即把高频电流或导波形式的能量转换成空间电磁波能量,并定天线,它产生的辐射功率密
度可表示为
功率密度和场强间的关系式为
因而有
(4)
将式(4)代入式(3)得
(5)
式中的也是所讨论的天线的辐射功率,设其归一化方向函数为 ,则其任意方向的场强与功率密度分别为
在半径为r的球面上对功率密度进行面积分,就得到辐射功率为
将上式代入(5),即得
(6)
式(6)是计算方向系数的一个重要公式。由公式可以看出,如果天线的辐射散布在较大的角度范围内,也就是天线的主瓣较宽,上式的分母积分值就较大,天线的方向系数就较小。
对于理想无方向性天线,其归一化方向函数为
于是按式(6)得其方向系数为
这是一个理所当然的结果。
对于基本振子,其归一化方向函数为
则其方向系数为
下面讨论方向系数的物理意义。由式(5)得
(7)
对于无方向性天线,D=1,式(7)写为
(8)
比较式(7)与(8),可以看出:某天线的方向系数,表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐射功率增大的倍数。譬如,为了在一定距离的点M处产生一定的场强,在使用无方向时,需馈给天线100(w)的辐射功率,但若使用方向系数D=100的强方向天线,并将天线最大辐射方向对准点M,只需馈给1(w)的辐射功率。
(3)效率
天线的效率指天线的辐射功率与输入功率之比值,记为,即
(9)
或者
(10)
式中 为损耗功率。
仿照引入辐射电阻的办法,由损耗功率引入损耗电阻,且这个也归于天线电流,即有,则式(10)变成
(11)
可见,为提高天线效率,应尽可能提高辐射电阻和降低损耗电阻。
(4)增益系数
增益系数定义是在同样的输入功率条件下,被研究天线在最大辐射方向上某处辐射的功率密度与无方向性天线在同一处辐射功率密度之比值,记为G即
(12)
设外加输入功率为,被研究天线的效率为,则辐射功率,则
将上式代入式(12),则
利用 ,并考虑式(7),则
(13)
因此天线的增益系数等于其效率和方向系数的乘积。
不难证明,某天线的增益系数它表征该天线在最大辐射方向上比起理想的无方向性天线把输入功率增大的倍数。
(5)等效高度
由式 ,电基本振子远区的绝对值可表示为
(14)
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