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[经验分享] 【业余射电天文 射电理论篇2】天线

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menshengjiedati 发表于 2022-3-26 22:04 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国–北京–北京 联通

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本帖最后由 menshengjiedati 于 2022-3-27 13:12 编辑

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天线介绍视频和文章推荐


通俗易懂!看完你就是半个天线专家了

这部分建议看我之前做的视频【从零开始的业余射电天文4】:天线介绍和1420MHz天线的分析,我觉得是比接下来写的文档要好了很多(这已经是我几年前所写的了),或者两个结合起来看

天线的选购


淘宝上所售卖有现成的观测1.4G电磁波的栅格抛物面天线,店铺名为“佛山源创杰通讯天线”,商品名称为“厂家直销1.4G抛物面栅格定向高增益天线,如下图1.0所示,在上面的视频中,我便是以该天线为例对天线性能进行介绍的。

                               
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图1.0 接收电视信号所用的电视锅




天线位于射电望远镜链路 的开端,具有很重要的地位

天线 :一种能接收和发射电磁波的东西,例如可以用它来接收国际空间站过境

电磁波 :肉眼能看到的可见光 在本质上就是一种电磁波,我们也可以把电磁波称为光 ,所以我们把电磁波类比于可见光。

图1.1为接收电视信号所用的电视锅,其表面是抛物面,可以把平行入射的电磁波全部反射到一点(抛物面的焦点),光路图见图1.2。所以通常在焦点处放置一个收集电磁波的馈源 ,馈源上接有传输线 ,传输线会把接收到的信号传送到接收机

实际上所谓的馈源就是一个小天线,用来接收由抛物面聚集而来的电磁波,这个在我之前做的视频中有所介绍。

                               
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图1.1 接收电视信号所用的电视锅


                               
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图1.2抛物面光路图


以下内容参考于《天线手册》/英文名:The ARRL ANTENNA BOOK

天线既可以接收电磁波,也可以发射电磁波。我们可以把天线当作一个手电筒,把手电筒发射出的可见光当作天线发射出的电磁波。

                               
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图1 电筒照亮整个黑暗区域的光束情况。读数来自照相用的光度计沿着圆圈取16个点值,用于表示出电筒的照射图形。

图1显示了一个在完全黑暗的房间里的一束电筒的光。为了量化我们的眼睛所看到的东西,我们使用摄影师所用的光强计来测量,并把其亮度分为0到10级。我们把光强计放在电筒的正前方,并调节光强计与电筒的距离,使光强计读数为10,即满量程。我们还要认真地记下光强计与电筒的距离。然后保持光强计与电筒的这个距离以及光强计离地面的高度,把光强计按箭头所示方向绕电筒移动,在若干个不同的位置记下光强计的读数。

记下所有读数后,我们把这些读数记在极坐标纸上,如图2所示。完成后,我们就画出电筒光的方向图样了。

                               
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图2 在图1电筒的照射图形。这些测量值使用平滑曲线连接起来画出,平滑曲线上某点到原点的距离即为该方向上光的强度。图中的同心圆表示光强计的读数(刻度),'米读数'英文原文为meter reading,应该翻译为'仪器读数'即光强计的读数

天线的方向图也可以用类似的方法进行测量。对待测量天线加上一定的功率,用场强仪测量天线在每个方向上发射信号的强度,从而得到天线的接收方向图。由天线的互易原理(reciprocity theorem,没有必要深究) 可知,天线的接收方向图和发射方向图是一样的。

所谓的接收方向图,就是指天线对不同方向的灵敏度不一样。同一个信号,如果从天线灵敏度高的方向入射到天线,则我们在与天线相连的接收机上看到较强的读数,如果从天线灵敏度较高的方向入射到天线,则我们在接收机上会看到较弱的读数,甚至是零。而正如上文所说的那样,天线的接收方向图和发射方向图是一致的。

下面一节会提供一些实例,给读者以直观的感受

天线方向图实例


之前我们都是在二维平面上讨论天线的方向图,而实际天线的方向图都是三维的。

全向天线(omnidirectional antenna)

                               
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图1.1 对讲机上的全向天线,可以拆卸下来,然后在接口上给对讲机连接上新的天线
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图1.2全向天线的方向图,就如同一个甜甜圈一样。容易看出在接收电磁波时,全向天线对上下方的信号非常不敏感,而对垂直于天线入射的电磁波敏感。
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八木天线(yagi antenna)

                               
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图2.1接收电视信号所用的八木天线


                               
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图2.2 八木天线的三维方向图


                               
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图2.3 八木天线三维方向图中xz轴的横截面


                               
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图2.3 八木天线三维方向图中xy轴的横截面




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