天线有效面积对天线增益的影响

天线有效面积对天线增益的影响通常，天线是无源可逆器件。天线既可以用来发射电磁波，也可以用来接收电磁波。当天线用于接收时，最让人关心的是该天线能从来波中获取多大的功率。天线最大可接受功率（实功率）𝑃𝑅𝑀与来波的实功率流密度𝑆𝑖是成正比的：𝑃𝑅𝑀=𝐴𝑒𝑆𝑖比例系数𝐴𝑒具有面积的量纲，因而称为有效面积（effectivearea）。这样，如已知天线有效面积𝐴𝑒，便可方便地根据来波的功率密度𝑆𝑖求得天线的接收功率。为导出𝐴𝑒的计算公式，我们来考察上图所示的接收天线等效电路。这里利用戴维宁定理把接收天线在其输出端ab处用一个电压源与内阻抗的串联组合来等效。𝑈𝑟为接收电动势，𝑍𝑖𝑛=𝑅𝑖𝑛+j𝑋𝑖𝑛为其内阻抗，𝑍𝐿=𝑅𝐿+j𝑋𝐿为所接负载阻抗。当𝑍𝐿=𝑍𝑖𝑛∗时，负载获得最大接收功率：𝑃𝑅𝑀=12𝐼𝑖𝑛2𝑅𝐿=12𝑈𝑟24𝑅𝑖𝑛2𝑅𝑖𝑛=𝑈𝑟28𝑅𝑖𝑛𝐴𝑒=𝑃𝑅𝑀𝑆𝑖=𝑈𝑟28𝑅𝑖𝑛𝑆𝑖对于长L的电流源，当来波电场强度为𝐸𝑖时，所感应的接收电动势为𝑈𝑟=𝐸𝑖Lsin𝜃=𝐸𝑖L(最大值对应于θ=90°)，𝑅𝑖𝑛=𝑅𝑟=80𝜋2（L/λ）。从而得𝐴𝑒=（𝐸𝑖𝐿）28×80𝜋2（𝐿/λ）2×𝐸𝑖2/240𝜋=38𝜋λ2对电流元，前面已得𝐺=𝐷=32，比较上二式可得增益与𝐴𝑒的关系如下：𝐺𝐴𝑒=3238𝜋λ2=4𝜋λ2虽然这一关系是对电流元导出的，但可以证明这个比例系数对任何天线都相同。于是，我们可利用此式由天线的𝐺得出其𝐴𝑒值。令𝐴𝑒=𝐴0𝑒𝐴，𝐴0为天线在与其最大方向相垂直的横截面上的几何面积，𝑒𝐴称为天线效率，得G=4𝜋λ2𝐴𝑒=4𝜋λ2𝐴0𝑒𝐴经过雅驰实业小编的总结，天线电有效面积𝐴𝑒/λ2越大，则天线增益越高。如果保持天线效率𝑒𝐴不变，则天线电面积𝐴0/λ2越大，天线增益越高。正是基于这一关系，在许多应用中，为实现所需的天线增益，天线几何尺寸不能做小；另一方面，为了使尺寸不变而具有高的增益，可以减小波长λ，来提高频率。我国卫星电视广播目前主要采用C频段和Ku频段；Ka频段是未来发展方向。由C频段（4GHz）改为Ku频段（12GHz）后，全国便能用0.45m直径天线收看央视和省级卫视节目了。