Introduction to Radar Systems —Radar Antennas

1.1 Antenna Definition

辐射电磁波由电场和磁场组成，它们共同满足麦克斯韦方程组

导向装置与自由空间之间的过渡结构

1.2 天线的特点

在某些方向上增强辐射，在其他方向上抑制辐射

设计为方向性和最大的能量转移

1.3 天线增益

• 辐射出相同的功率
  

• 辐射强度是球体上的功率密度（瓦特/立体度）
  

• 增益是相对于各向同性源的辐射强度

  
  

1.4 Antenna Pattern

Antenna Pattern是增益与角度的关系图

偶极子例子

1.5 天线方向图特性

抛物面反面天线

dBi的定义是：“天线增益dBi是一个衡量天线能量传输效率的指标，它可以帮助我们更好地了解天线的功能和性能。它是比较实际测量的天线增益与理想参考天线的增益之间的差别。

dBi的计算方式是：dBi = 10 × log（天线增益/理想参考天线增益）。其中，天线增益是指实际测量的天线增益，而理想参考天线增益是指理想参考天线的增益。

1.6 孔径大小对增益的影响

增益随着电孔径的增大而增加(直径是较大的波长数）

1.7 反射器比较:夸贾林导弹靶场实例

1.8 极化

由电场矢量随时间传播时的行为来定义A

圆偏振(CP)

“手性”是通过观察电场沿传播方向来定义的，用于辨别、极化多样性、减雨

1.9 场区域

2.0 天线输入阻抗

天线可以用阻抗来建模

• 输入端口电压与电流的比值

设计天线以最大限度地从传输线传输功率

• 入射功率反射形成驻波

输入阻抗通常决定天线带宽

2.1抛物面反射天线

设计是最大限度地提高天线照度和限制外溢之间的权衡

馈电天线的选择至关重要

2.2 卡塞格伦反射天线

2.3 阵列（Arrays)

多天线组合以增强辐射和形状模式

2.4 阵列控制

• 几何结构

线性、矩形、三角形、圆形栅格

• 元件分离

• 相移

• 激发振幅用于

• 旁瓣控制

• 单个元件的方向各向同性、偶极子等

  

2.5 通过添加元素来增加阵列大小

2.6 通过分离元素增加Arrays大小

将单元间距限制在d < λ，以防止宽侧阵列的光栅瓣

2.7 加入Phase shifting

2.8 线性相控阵每30度扫描一次，N = 15, d = λ/4

为了在没有光栅瓣的情况下扫描所有空间，保持单元间距d <λ/2

2.9 平面阵列

为了在没有光栅瓣的情况下扫描所有空间，在两个方向上保持单元分离<λ/2

3.0 相互耦合

• 一个元件对另一个元件的影响

近场量

使输入阻抗依赖于扫描角度

• 使阵列设计非常复杂

难以为所有扫描角度的天线提供功率

在没有功率辐射的情况下可能导致扫描盲区

可以限制扫描体积和阵列带宽

3.1 相控阵vs反射器

相控阵提供波束敏捷性和灵活性

• 有效的雷达资源管理(多功能能力)

• 在宽视场上近同时跟踪

相控阵比相同功率孔径的反射器要昂贵得多

• 需要360度覆盖可能需要3或4个填充的阵列面
  

• 更大的组件成本
  

• 更长的设计时间

  
  

References

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