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今日主題：雷達(dá)天線

天線用來(lái)發(fā)射或接收電磁波，是雷達(dá)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一。天線結(jié)構(gòu)必須保證天線在任何環(huán)境條件下保持工作。通常在相對(duì)惡劣的環(huán)境條件下使用天線罩來(lái)保護(hù)天線。

雷達(dá)的基本性能與天線面積或孔徑和平均發(fā)射功率的乘積成正比。因此，在天線上的投入可以為系統(tǒng)性能方面帶來(lái)顯著的效果?？紤]到這些功能和雷達(dá)天線所需的效率，通常采用兩種方式：

拋物面碟形天線
陣列天線

當(dāng)天線單獨(dú)用作發(fā)射或接收用途時(shí)，天線增益是一個(gè)重要的特性。有些天線的輻射源向各個(gè)方向均勻地輻射能量，這種輻射稱為各向同性輻射。

從天線輻射出來(lái)的能量形成一個(gè)具有一定輻射圖樣的場(chǎng)。輻射圖是一種繪制天線輻射能量的方法。這種能量是在與天線保持恒定距離的不同角度測(cè)量的，它的形狀取決于所使用的天線類型。

. 主瓣，圍繞最大輻射方向的區(qū)域(通常是主波峰值3dB以內(nèi)的區(qū)域)。

. 旁瓣，遠(yuǎn)離主瓣的較小的瓣。這些旁瓣通常是輻射在不希望的方向，永遠(yuǎn)不能完全消除。旁瓣電平是表征輻射模式的一個(gè)重要參數(shù)。

. 后瓣，這是與主波束方向相反的輻射的一部分。

天線的方向性是指天線把輻射出去的能量集中在期望方向上的程度，我們通?？吹降奶炀€的三維圖形，雖然大部分能量都集中在視軸的一個(gè)大致區(qū)域內(nèi)，就是大家所熟知的“主瓣”，但是在其他方向上或多或少都要輻射一些能量，受大家關(guān)注較多的是“旁瓣”以及主旁瓣比。

天線增益是相對(duì)于參考天線來(lái)說(shuō)的，比如說(shuō)100W的功率饋給天線并不會(huì)得到大于100W的輻射能量。而是以犧牲其他方向?yàn)榇鷥r(jià)，天線將輻射能量集中到特定方向，從而得到了相對(duì)于參考天線的增益。

在輸入功率相等的情況下，天線增益是指實(shí)際天線和參考天線在空間同一點(diǎn)處的功率密度之比。以各向同性天線(isotropic antenna)或偶極子天線(dipole antenna)為參考，得到天線增益的單位分別為dBi和dBd。

天線增益描述的是天線將功率集中輻射的程度，因此與天線方向圖密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)天線方向圖主瓣越窄、副瓣越小，則增益越高。

有效輻射功率(Effective Radiated Power，ERP)和等效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)是有區(qū)別的。有效輻射功率定義為天線增益和輸入功率的乘積。

假設(shè)一個(gè)100W的發(fā)射機(jī)連接到增益為9dBd的天線上，系統(tǒng)傳輸線和接頭損耗為3dB，計(jì)算出ERP=50dBm+9dBd-3dB=56dBm，ERP是400W。

這里的ERP=400W并不是說(shuō)發(fā)射機(jī)饋給天線的功率增加了，而是說(shuō)如果采用的是偶極子天線，在該方向上達(dá)到相同的輻射效果，需要的等效功率是400W。

在談到天線增益的時(shí)候，會(huì)有方向性增益和功率增益的區(qū)分，它們是通過(guò)輻射效率相互聯(lián)系的，方向性增益總是大于功率增益的，并與天線波束寬度有密切關(guān)系。

天線方向圖可以看出在空間不同方向有大小不同的增益，我們常說(shuō)的“天線增益”通常是指產(chǎn)生最大增益方向上的增益，單位為dBi或者dBd。這二個(gè)單位的參考基準(zhǔn)不同，前者是以各向同性天線(isotropic antenna)為基準(zhǔn)，后者是以偶極子天線(dipole antenna)為基準(zhǔn)。偶極子天線的增益：

0dBd=2.15dBi

也就是說(shuō)若以dBd來(lái)表示天線增益時(shí)，數(shù)值會(huì)變小。例如：增益為5dBd的天線增益可以表示為7.15dBi。

常說(shuō)的天線“3dB波束寬度”是指天線增益下降到視軸增益一半，也就是相比于最大增益衰減了3dB時(shí)兩個(gè)增益值之間的夾角。

天線的極化

天線的輻射場(chǎng)由電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成。這些場(chǎng)總是成直角。電場(chǎng)決定了波的偏振方向。當(dāng)一個(gè)線天線從經(jīng)過(guò)的無(wú)線電波中提取能量時(shí)，當(dāng)天線方向與電場(chǎng)方向相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最大的電場(chǎng)。電場(chǎng)的振蕩可以是單向的(線性極化)，或者電場(chǎng)的振蕩方向可以隨波的傳播而旋轉(zhuǎn)(圓極化或橢圓極化)。

垂直和水平安裝的接收天線分別接收垂直和水平極化波。由于天線無(wú)法接收極化不同的信號(hào)，因此，極化的變化會(huì)導(dǎo)致接收到的信號(hào)電平發(fā)生變化。主要采用兩種極化面：

在垂直極化波中，電場(chǎng)方向是垂直的。
在水平極化波中，電場(chǎng)方向是水平的。

線性極化可以接收所有平面的信號(hào)，但除了兩個(gè)極化正交的情況。當(dāng)用一個(gè)單線天線來(lái)接收無(wú)線電波時(shí),當(dāng)電場(chǎng)方向一致時(shí)接收天線接收到的能量最大，因此垂直的天線用于高效接收垂直極化波,水平的天線用于接收水平極化波。

圓極化是指每一次射頻能量循環(huán)時(shí)，電場(chǎng)都會(huì)360度旋轉(zhuǎn)。圓極化是由兩個(gè)90°移相接收器和兩個(gè)同時(shí)移動(dòng)90°的平面極化天線引起的。由于波的強(qiáng)度通常用電場(chǎng)強(qiáng)度(伏特、毫伏或每米微伏)來(lái)測(cè)量，所以選擇電場(chǎng)作為參考場(chǎng)。

在某些情況下，電場(chǎng)的方向不保持恒定。因此，波在空間中傳播時(shí)，磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn)。在這些條件下，場(chǎng)的水平分量和垂直分量都存在，波具有橢圓極化性。

圓極化包含右旋圓極化和左旋圓極化。圓極化波由與透射波相反的球形雨滴反射。在接收時(shí)，天線會(huì)排斥與圓極化方向相反的波，從而最大限度地減少對(duì)雨滴的探測(cè)。

由于飛機(jī)目標(biāo)與雨不同，它不是球形的，所以目標(biāo)的反射在原始極化意義上具有重要的分量。因此，相對(duì)于雨滴目標(biāo)，目標(biāo)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。

為了最大限度地吸收來(lái)自電磁場(chǎng)的能量，接收天線必須位于同一極化面。如果使用極化方向不同的天線，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的損耗，實(shí)際損耗在20至30分貝之間。

在強(qiáng)空氣雜波出現(xiàn)時(shí)，空中交通管制員傾向于打開圓極化天線。在這種情況下，空氣雜波對(duì)目標(biāo)的隱藏效果會(huì)降低。

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