雷达系统 - 雷达天线

在本章中，让我们了解在雷达通信中有用的天线。根据物理结构，我们可以将雷达天线分为以下两种类型。

在后续部分中，我们将详细讨论这两种类型的天线。

抛物面反射面天线

抛物面反射器天线是微波天线。抛物面反射器的知识对于深入了解天线的工作至关重要。

抛物线只不过是点的轨迹，点的轨迹以这样的方式移动，即它到固定点（称为焦点）的距离加上它到直线（称为准线）的距离是恒定的。

下图显示了抛物面反射器的几何形状。点F和V分别是焦点（给定馈给）和顶点。连接 F 和 V 的线是对称轴。$P_1Q_1、P_2Q_2$ 和 $P_3Q_3$ 是反射光线。线 L 代表反射点所在的准线（即它们共线）。

如图所示，F 和 L 之间的距离相对于被聚焦的波而言是恒定的。反射波形成抛物线形状的准直波前。焦距与光圈大小的比率（即$f/D$）被称为“f/D 比率”。它是抛物面反射器的一个重要参数，其值在0.25～0.50之间变化。

反射定律规定入射角和反射角相等。该定律与抛物线一起使用有助于光束聚焦。当用于反射波的目的时，抛物线的形状表现出抛物线的一些特性，这有助于利用反射的波构建天线。

以下是抛物线的不同属性 -

遵循这些要点，抛物面反射器有助于以更窄的光束宽度产生高方向性。

如果使用抛物面反射器天线来传输信号，则来自馈电的信号从偶极天线或喇叭天线出来，将波聚焦到抛物线上。这意味着，波从焦点发出并撞击抛物面反射器。如前所述，该波现在作为准直波前反射，以进行传输。

相同的天线用作接收器。当电磁波撞击抛物线形状时，波被反射到馈电点。偶极天线或喇叭天线充当接收器天线，在其馈送处接收该信号，将其转换为电信号并将其转发到接收器电路。

抛物面的增益是孔径比 $D/\lambda$ 的函数。天线的有效辐射功率(ERP)是馈送到天线的输入功率与其功率增益的乘积。

通常波导喇叭天线用作抛物面反射器天线的馈源辐射器。除了该技术之外，我们还为抛物面反射器天线提供以下两种类型的馈电。

在这种类型中，与抛物面反射器不同，馈源位于抛物面的顶点。充当双曲面的凸形反射器放置在天线馈源的对面。它也被称为次级双曲面反射器或副反射器。它的放置方式使其焦点之一与抛物面的焦点重合。因此，波被反射两次。

上图显示了卡塞格伦提要的工作模型。

具有一对特定配置且馈电波束宽度逐渐增加而天线尺寸保持固定的馈电类型称为格里高利馈电。这里用凹形抛物面反射镜代替了卡塞格伦的凸形双曲面，当然尺寸更小。

这些公历馈送型反射器可以通过以下四种方式使用 -

在不同类型的反射面天线中，简单抛物面反射面和卡塞格伦馈源抛物面反射面是最常用的。

透镜天线利用曲面来传输和接收信号。这些天线由玻璃制成，遵循透镜的会聚和发散特性。透镜天线的使用频率范围从 1 GHz 开始，但在3 GHz 及以上使用范围更大。

要深入了解镜头天线的工作原理，需要具备镜头知识。回想一下，普通玻璃镜片的工作原理是折射原理。

如果假设光源存在于透镜的焦点处（距透镜一定焦距），则光线以平面波前的准直或平行光线的形式穿过透镜。

当光线从透镜的不同侧面落下时，会发生两种现象。它们在这里给出 -

下图将帮助我们更好地理解这一现象。

光线图表示焦点和从光源到透镜的焦距。获得的平行光线也称为准直光线。

在上图中，距透镜一定焦距的焦点处的光源在平面波前被准直。这种现象可以逆转，这意味着如果从左侧发出的光会聚在透镜的右侧。

正是由于这种互易性，透镜可以用作天线，因为相同的现象有助于利用相同的天线进行传输和接收。

为了在较高频率下实现聚焦特性，折射率应小于1。无论折射率是多少，透镜的目的都是拉直波形。在此基础上，开发了E平面和H平面透镜，它们也延迟或加速波前。