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雷达是干什么用的?雷达天线(1):方向性和增益

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一、雷达是干什么用的?

雷达,原意是无线电探测与定位,它的主要任务是探测目标,测量目标的距离、方向和速度等信息。雷达系统主要包括天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分。

发射机产生足够的电磁能量,通过收发转换开关传输给天线。天线将电磁能量集中于一个狭窄的方向,形成波束,向前传播。当电磁波遇到目标时,会在各个方向上产生反射,其中一部分反射回雷达,被天线捕捉。获取的能量通过收发转换开关送到接收机,形成回波信号。由于传播过程中能量衰减,回波信号微弱,几乎被噪声淹没。接收机放大回波信号,通过信号处理机提取信息,最终在显示器上显示目标的距离、方向和速度等。

为了确定目标距离,雷达测量电磁波发射到接收回波的时间延迟。此延迟时间即为电磁波往返目标所需的时间。根据电磁波的传播速度,目标距离可通过公式S=CT/2计算得出,其中S为目标距离,C为光速,T为目标距离往返所需的时间。

二、雷达系统的基本组成及各部分的作用是什么

雷达系统的基本组成及各部分的作用如下:

1.信号发射器:负责发射电磁波,用以照射目标。发射器能够产生脉冲或相控阵电磁波,以探测不同距离和速度的目标。

2.接收天线:通常安装在雷达罩下,形状像“饼”。它的作用是接收从目标反射回来的电磁波。接收天线的设计和位置对雷达的探测范围和精度有重要影响。

3.信号处理器(又称雷达罩):是雷达系统的“大脑”,负责接收来自接收天线的数据,并进行处理、筛选和过滤。通过复杂的算法,信号处理器确保输出信号的清晰度和准确性。

4.信号传输系统:将处理后的信号转换成直观的图像或数据,供操作人员解读。这些信号通常以视频或图表的形式显示在操作平台上,使操作人员能够实时监控雷达系统的运行状态。

5.控制系统:负责管理雷达的各个工作模式,包括调整雷达的转向、锁定目标和切换工作模式等。操作人员可以通过控制面板或遥控器对雷达进行远程操控。

雷达天线(1):方向性和增益

2019-11-05 09:07·雷达通信电子战

无论是雷达、通信还是电子战系统,都有一个关键部分,那就是:天线。大家知道,天线的作用是完成波导场和空间辐射场的相互转换。

发射是将电子转变为光子,就像手电筒一样,将辐射能量集中照射目标方向,辐射的功率被远处的目标、地面、天空以及其他天线所吸收;

接收则是将光子转换为电子,收集来自远处目标的被动辐射或其他天线的主动辐射,就像我们的“眼睛”,只不过它们收集的频段在可见光,还是“双站”哦!

一般来说,天线都具有方向性,也就是往不同方向辐射的功率密度不同,对于接收来说,则是指对不同方向入射的电磁波响应不同。今天讨论的重点就是天线的方向性和天线增益的理解。

天线的方向性是指天线把辐射出去的能量集中在期望方向上的程度,我们通常看到的天线的三维图形,虽然大部分能量都集中在视轴的一个大致区域内,就是大家所熟知的“主瓣”,但是在其他方向上或多或少都要辐射一些能量,受大家关注较多的是“旁瓣”以及主旁瓣比。

天线增益是相对于参考天线来说的,比如说100W的功率馈给天线并不会得到大于100W的辐射能量。而是以牺牲其他方向为代价,天线将辐射能量集中到特定方向,从而得到了相对于参考天线的增益。

这和放大器的增益概念是完全不同的,放大器的增益是指将信号放大了多少dB,是输出相对于输入来说的。放大器是有源的,增加了信号的能量,所以和天线这种无源器件的增益概念是不同的。

在输入功率相等的情况下,天线增益是指实际天线和参考天线在空间同一点处的功率密度之比。以各向同性天线(isotropicantenna)或偶极子天线(dipoleantenna)为参考,得到天线增益的单位分别为dBi和dBd。

天线增益描述的是天线将功率集中辐射的程度,因此与天线方向图密切相关。一般来说天线方向图主瓣越窄、副瓣越小,则增益越高。

有效辐射功率:

EffectiveRadiatedPower,ERP

等效全向辐射功率:

EffectiveIsotropicRadiatedPower,EIRP

有效辐射功率定义为天线增益和输入功率的乘积。

举例:

一个100W的发射机连接到增益为9dBd的天线上,系统传输线和接头损耗为3dB,计算出ERP=50dBm+9dBd-3dB=56dBm,ERP是400W。

这里的ERP=400W并不是说发射机馈给天线的功率增加了,而是说如果采用的是偶极子天线,在该方向上达到相同的辐射效果,需要的等效功率是400W。

在谈到天线增益的时候,会有方向性增益和功率增益的区分,它们是通过辐射效率相互联系的,方向性增益总是大于功率增益的,并与天线波束宽度有密切关系。

天线方向图可以看出在空间不同方向有大小不同的增益,我们常说的“天线增益”通常是指产生最大增益方向上的增益,单位为dBi或者dBd。这二个单位的参考基准不同,前者是以各向同性天线(isotropicantenna)为基准,后者是以偶极子天线(dipoleantenna)为基准。偶极子天线的增益:

0dBd=2.15dBi

也就是说若以dBd来表示天线增益时,数值会变小。例如:增益为5dBd的天线增益可以表示为7.15dBi。

常说的天线“3dB波束宽度”是指天线增益下降到视轴增益一半,也就是相比于最大增益衰减了3dB时两个增益值之间的夹角。

举例:

在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,用理想的全向天线,假设需要100W的输入功率,而如果改用增益为G=20dBi的定向天线作为发射天线,输入功率仅需100/1020/10=1W。

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雷达天线在雷达系统中的作用有哪些
发布人:5609283 发布时间:2025-04-13