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天线是雷达的组成部分,一般雷达都包含发射天线和接收天线。
1、各种雷达的具体用途和结构不尽相同,但基本形式是一致的,包括五个基本组成部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器,还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
2、天线是作无线电波的发射或接收用的一种金属装置(如杆、线或线的排列)。
雷达工作原理:雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息。示意图如下:
雷达,是英文Radar的音译,源于radiodetectionandranging的缩写,意思为“无线电探测和测距”,即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。
雷达的出现,是由于一战期间当时英国和德国交战时,英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间,雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。
雷达的分类
1、按照雷达信号形式分类,有脉冲雷达、连续波雷达、脉部压缩雷达和频率捷变雷达等。
2、按照角跟踪方式分类,有单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。
3、按照目标测量的参数分类,有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识对雷达、多站雷达等。
4、按照雷达采用的技术和信号处理的方式有相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。
5、按照天线扫描方式分类,分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。
6、按雷达频段分,可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。
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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