Introduction to Radar Systems —Radar Antennas

1.1 Antenna Definition

輻射電磁波由電場和磁場組成，它們共同滿足麥克斯韋方程組

導(dǎo)向裝置與自由空間之間的過渡結(jié)構(gòu)

1.2 天線的特點(diǎn)

在某些方向上增強(qiáng)輻射，在其他方向上抑制輻射

設(shè)計(jì)為方向性和最大的能量轉(zhuǎn)移

1.3 天線增益

• 輻射出相同的功率
  

• 輻射強(qiáng)度是球體上的功率密度（瓦特/立體度）
  

• 增益是相對于各向同性源的輻射強(qiáng)度

  
  

1.4 Antenna Pattern

Antenna Pattern是增益與角度的關(guān)系圖

偶極子例子

1.5 天線方向圖特性

拋物面反面天線

dBi的定義是：“天線增益dBi是一個(gè)衡量天線能量傳輸效率的指標(biāo)，它可以幫助我們更好地了解天線的功能和性能。它是比較實(shí)際測量的天線增益與理想?yún)⒖继炀€的增益之間的差別。

dBi的計(jì)算方式是：dBi = 10 × log（天線增益/理想?yún)⒖继炀€增益）。其中，天線增益是指實(shí)際測量的天線增益，而理想?yún)⒖继炀€增益是指理想?yún)⒖继炀€的增益。

1.6 孔徑大小對增益的影響

增益隨著電孔徑的增大而增加(直徑是較大的波長數(shù)）

1.7 反射器比較:夸賈林導(dǎo)彈靶場實(shí)例

1.8 極化

由電場矢量隨時(shí)間傳播時(shí)的行為來定義A

圓偏振(CP)

“手性”是通過觀察電場沿傳播方向來定義的，用于辨別、極化多樣性、減雨

1.9 場區(qū)域

2.0 天線輸入阻抗

天線可以用阻抗來建模

• 輸入端口電壓與電流的比值

設(shè)計(jì)天線以最大限度地從傳輸線傳輸功率

• 入射功率反射形成駐波

輸入阻抗通常決定天線帶寬

2.1拋物面反射天線

設(shè)計(jì)是最大限度地提高天線照度和限制外溢之間的權(quán)衡

饋電天線的選擇至關(guān)重要

2.2 卡塞格倫反射天線

2.3 陣列（Arrays)

多天線組合以增強(qiáng)輻射和形狀模式

2.4 陣列控制

• 幾何結(jié)構(gòu)

線性、矩形、三角形、圓形柵格

• 元件分離

• 相移

• 激發(fā)振幅用于

• 旁瓣控制

• 單個(gè)元件的方向各向同性、偶極子等

  

2.5 通過添加元素來增加陣列大小

2.6 通過分離元素增加Arrays大小

將單元間距限制在d < λ，以防止寬側(cè)陣列的光柵瓣

2.7 加入Phase shifting

2.8 線性相控陣每30度掃描一次，N = 15, d = λ/4

為了在沒有光柵瓣的情況下掃描所有空間，保持單元間距d <λ/2

2.9 平面陣列

為了在沒有光柵瓣的情況下掃描所有空間，在兩個(gè)方向上保持單元分離<λ/2

3.0 相互耦合

• 一個(gè)元件對另一個(gè)元件的影響

近場量

使輸入阻抗依賴于掃描角度

• 使陣列設(shè)計(jì)非常復(fù)雜

難以為所有掃描角度的天線提供功率

在沒有功率輻射的情況下可能導(dǎo)致掃描盲區(qū)

可以限制掃描體積和陣列帶寬

3.1 相控陣vs反射器

相控陣提供波束敏捷性和靈活性

• 有效的雷達(dá)資源管理(多功能能力)

• 在寬視場上近同時(shí)跟蹤

相控陣比相同功率孔徑的反射器要昂貴得多

• 需要360度覆蓋可能需要3或4個(gè)填充的陣列面
  

• 更大的組件成本
  

• 更長的設(shè)計(jì)時(shí)間

  
  

References

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