Neuigkeiten – Antennengrundlagen: Grundlegende Antennenparameter

Objekte mit einer tatsächlichen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlen Energie ab. Die Menge der abgestrahlten Energie wird üblicherweise in äquivalenter Temperatur Tb, auch Helligkeitstemperatur genannt, ausgedrückt und ist wie folgt definiert:

TB ist die Helligkeitstemperatur (Äquivalenttemperatur), ε ist der Emissionsgrad, Tm ist die tatsächliche Molekültemperatur und Γ ist der Oberflächenemissionskoeffizient, der mit der Polarisation der Welle zusammenhängt.

Da der Emissionsgrad im Intervall [0,1] liegt, entspricht der maximale Wert der Helligkeitstemperatur der Molekültemperatur. Im Allgemeinen ist der Emissionsgrad eine Funktion der Betriebsfrequenz, der Polarisation der emittierten Energie und der Molekülstruktur des Objekts. Im Mikrowellenbereich sind natürliche Strahler mit hoher Energieausbeute der Erdboden mit einer äquivalenten Temperatur von etwa 300 K, der Himmel im Zenit mit einer äquivalenten Temperatur von etwa 5 K oder der Himmel horizontal mit 100–150 K.

Die von verschiedenen Lichtquellen emittierte Helligkeitstemperatur wird von der Antenne aufgefangen und erscheint amAntenneDie Temperatur am Antennenende wird anhand der obigen Formel unter Berücksichtigung des Antennengewinnmusters berechnet. Sie kann wie folgt ausgedrückt werden:

TA ist die Antennentemperatur. Wenn keine Fehlanpassungsverluste auftreten und die Übertragungsleitung zwischen Antenne und Empfänger verlustfrei ist, beträgt die zum Empfänger übertragene Rauschleistung:

Pr ist die Antennenrauschleistung, K ist die Boltzmann-Konstante und △f ist die Bandbreite.

Abbildung 1

Ist die Übertragungsleitung zwischen Antenne und Empfänger verlustbehaftet, muss die mit der obigen Formel berechnete Antennenrauschleistung korrigiert werden. Angenommen, die tatsächliche Temperatur der Übertragungsleitung entspricht über ihre gesamte Länge T₀ und der Dämpfungskoeffizient der Übertragungsleitung zwischen Antenne und Empfänger ist konstant α (siehe Abbildung 1), dann ergibt sich folgende effektive Antennentemperatur am Empfängerende:

Wo:

Ta ist die Antennentemperatur am Empfängerendpunkt, TA ist die Antennenrauschtemperatur am Antennenendpunkt, TAP ist die Antennenendpunkttemperatur bei physikalischer Temperatur, Tp ist die physikalische Antennentemperatur, eA ist der thermische Wirkungsgrad der Antenne und T0 ist die physikalische Temperatur der Übertragungsleitung.
Daher muss die Antennenrauschleistung korrigiert werden auf:

Wenn der Empfänger selbst eine bestimmte Rauschtemperatur T aufweist, beträgt die Systemrauschleistung am Empfängerendpunkt:

Ps ist die Systemrauschleistung (am Empfängerendpunkt), Ta ist die Antennenrauschtemperatur (am Empfängerendpunkt), Tr ist die Empfängerrauschtemperatur (am Empfängerendpunkt) und Ts ist die effektive Systemrauschtemperatur (am Empfängerendpunkt).
Abbildung 1 zeigt den Zusammenhang zwischen allen Parametern. Die effektive Rauschtemperatur Ts der Antenne und des Empfängers des Radioastronomiesystems liegt im Bereich von wenigen Kelvin bis zu mehreren Tausend Kelvin (typischerweise etwa 10 K) und variiert mit dem Antennen- und Empfängertyp sowie der Betriebsfrequenz. Die durch die Änderung der Zielstrahlung verursachte Temperaturänderung am Antennenende kann nur wenige Zehntel Kelvin betragen.

Die Antennentemperatur am Antenneneingang und am Empfängerende kann sich um viele Grad unterscheiden. Eine kurze oder verlustarme Übertragungsleitung kann diese Temperaturdifferenz erheblich reduzieren, bis auf wenige Zehntel Grad.

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