第三章 雷達(dá)天線及伺服系統(tǒng)

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氣象雷達(dá)原理與系統(tǒng)電子工程學(xué)院大氣探測學(xué)院

主講：何建新

第三章雷達(dá)天線及伺服系統(tǒng)

3.1天線的定義及作用天線：輻射或接收無線電波的裝置

天線作用:是自由空間傳播和導(dǎo)行波(傳輸線)傳播之間的換能器。發(fā)射(輻射):把高頻交流電轉(zhuǎn)換成空間傳播的電磁波(能量集中到所要求方向的賦形波束內(nèi))。接收:輻射的反過程，將空間傳播的電磁波轉(zhuǎn)換成高頻交流電，并通過傳輸線(饋線)輸送給接收機(jī)。傳輸線(饋線):傳輸微波能量或信息的裝置

3.2天線的分類按工作性質(zhì)：發(fā)射天線；接收天線按波長：長波天線；中波天線；短波天線；微波天線等按天線原理：線天線；面天線按波束掃描：機(jī)械掃描；電掃描(相控陣天線)

方向性天線—線天線

偶極子天線

面天線口徑徑徑口口

喇叭天線

拋物面天線

透鏡天線

由圖可見，這類天線都是通過一個平面口徑向外輻射電磁能量，因此，這類天線稱為面天線。

感性認(rèn)識--幾種天線實物

微帶天線

喇叭天線

反射面天線(通信)

反射面天線(雷達(dá))

相控天線

3.3雷達(dá)天線的基本參量(特性)輻射方向圖(包括波束寬度、副瓣電平)增益(有效孔徑)阻抗(電壓駐波比VSWR)其他：極化、帶寬、掃描方式

3.3.1輻射方向圖

拋物面反射器天線輻射方向圖

下圖以極坐標(biāo)繪出了典型的雷達(dá)天線的方向圖。方向圖中輻射最強(qiáng)的方向稱為主射方向，輻射為零的方向稱為零射方向。具有主射方向的方向葉稱為主瓣，其余稱為副瓣。副瓣零射方向2θ02θ0.5z

12

主瓣主射方向1

后葉

零射方向

12

x

y

為了定量地描述主瓣的寬窄程度，尋常定義：場強(qiáng)為主射方向上場強(qiáng)振幅的2倍的兩個方向之間的夾角稱為半功率角，以2θ0.5表示；兩個零射方向之間的夾角稱為零功率角，以2θ0表示。1

不同天線波束寬度的作用

天線的基本定理--互易性在一定的條件下(實際上這些條件在雷達(dá)中常能滿足),天線的發(fā)射方向圖和接收方向圖是一樣的發(fā)射天線和接收天線之間的唯一區(qū)別是發(fā)射天線必需能承受較大的功率

3.3.2增益、方向性系數(shù)、有效孔徑方向性增益(方向性系數(shù)):衡量天線把能量集中到某一特定方向的能力參數(shù)最大輻射強(qiáng)度GD=平均輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度是指：在(θ,φ)方向上每單位立體角內(nèi)的輻射功率。用P(θ,φ)表示當(dāng)有向天線在主射方向上與無向天線在同一距離處獲得相等場強(qiáng)時，無向天線所需的輻射功率Pr0與有向天線的輻射功率Pr之比值

示意圖解在這個房間，光線均勻得照射

在墻壁上

在這個房間，光線被燈罩集中照射在一處

B圖集中燈光強(qiáng)度與A圖均勻照射在墻壁的燈光強(qiáng)度的比值為天線系統(tǒng)增益

最大輻射強(qiáng)度天線增益平均輻射強(qiáng)度

方向性增益(方向性系數(shù))的計算

GD

天線總輻射功率4π4π(最大輻射功率/單位立體角)=天線總輻射功率

(最大輻射功率/單位立體角)=

3.3.3輻射效率因子(1)在雷達(dá)方程中應(yīng)使用功率增益，由于它包括了由天線引入的損耗。方向性增益總是大于功率增益功率增益和方向性增益可以用輻射效率因子ρT(1)聯(lián)系起來，其關(guān)系如下式所示：

G=ρTGD

輻射效率因子(2)任何實際使用的天線均具有一定的損耗，天線獲得的輸入功率，只有其中一部分功率向空間輻射，另一部分被天線自身消耗。因此，