文档介绍：第一讲口径天线的基本理论
一、天线的用途
天线是通信、雷达设备的主要功能型部件之一,通信、雷达设备的一系列战术技术性能都直接或间接地依赖着天线性能。
雷达作用距离(通信距离)--------天线增益
发现时间(通信维持时间)--------天线波束所占有的空间立体角
波束扫描频率
测角精度、测角模糊度-------天线两维波束形状
抗干扰能力-----天线的工作体制、副瓣电平、极化形式
结论:雷达、通信设备的主要功能与天线各参数之间的关系紧密。
二、天线设计的主要问题
主要功能与天线方向图构造的关系,它们构成了天线技术研究的最重要的基本课题。
使天线满足更为苛刻的技术要求,超越原有的天线形式,满足新的系统要求。
每一个天线的研制过程都是一个创新过程。
三、天线的定义:
天线的作用是把传输结构上的导波转换成自由空间波。
大家熟悉的传输结构有:同轴线、波导等
IEEE官方对天线的定义:“发射或接收系统中,经设计用于辐射和接收电磁波的部分。”
大部分天线是互易器件。天线本质上是一个空间放大器。同时具有滤波隔离等特性。
四、天线的主要性能参数
. 辐射方向图:围绕天线辐射的角向变化:
. 定向的、单个或多个窄波束
. 全向的(在一个面内均匀辐射)
. 主波束赋形
. 方向性D 在距天线同一距离上,方向图最大点的功率密度与平均功率密度之比
. 增益G 被天线上的损耗减弱了的方向性
. 极化: 当天线发射时,所发射的瞬态电场矢量随时间变化的轨迹图,天线极化:线极化、圆计划、椭圆极化
. 阻抗ZA: 天线终端的输入阻抗
. 带宽: 重要性能参数合格的频率范围
. 扫描:辐射方向图在空间的运动,扫描可以由机械运动或电子手段完成
. 其他系统参数: 尺寸、重量、功率容量、雷达截面、环境工作条件
在实际天线的设计中,通常不牺牲一个或多个其它参数的水平,就不可能显著改变某个参数的性能。
五、口径面天线基本理论
口径天线:具有一个物理口径(开放的),波可以通过它流通。
特性:高增益,增益随频率升高而增加;中等带宽
例:喇叭天线反射器天线
基本假设:线天线为细线形式,电流沿导线流动。
面天线,如喇叭天线,抛物面天线面电流与面磁流。多工作在微波频段。
面天线顾名思义以因为这类天线所载的电流是分布在金属面上的,而金属面的口径尺寸远大于工作波长。
阵列单元是实际单元,可以单独使用,积木式、离散的;
口径面天线单元是虚拟单元,连续的、不能单独使用(理论上可以),理论上可以无限分割。
口径面天线形成的波束多为笔状波束,适用于高定向性天线,其方向图主瓣在很小的立体角范围内,并且对其峰值场强大致是对称的,波束与探照灯光束相似,而且和使用探照灯一样,目标在空间的俯仰和方位坐标与天线方向坐标之间存在简单的关系,笔状波束与雷达回波强弱获得的距离信息相结合,可完全确定目标的位置。
图 1喇叭天线和抛物面天线的口径面
对于面天线而言,由于辐射(或接收)的电磁能量都必须经过其口面,因此,有理由将口面看成是面天线辐射场的(等效)源。
尽管面天线辐射场的真实源并不在口面上(对喇叭天线:场源为馈电波导中的导行波;对旋转抛物面天线:场源为置于焦点处的初级辐射器),但是惠更斯原理却为“口面等效源”提供了理论