雷達天線
| 雷達天線 |
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中文名；雷達天線 作用；輻射和接收電磁波 坐標；方位、仰角和距離 主要參量；方向圖、增益和有效面積 |
雷達用來輻射和接收電磁波並決定其探測方向的設備。雷達在發射時須把能量集中輻射到需要照射的方向；而在接收時又儘可能只接收探測方向的回波，同時分辨出目標的方位和仰角，或二者之一。雷達測量目標位置的三個坐標（方位、仰角和距離）中，有兩個坐標（方位和仰角）的測量與天線的性能直接有關。因此，天線性能對於雷達設備比對於其他電子設備(如通信設備等)更為重要。[1]
目錄
基本信息
雷達中用以輻射和接收電磁波並決定其探測方向的設備。雷達天線具有將電磁波聚成波束的功能，定向地發射和接收電磁波。雷達的重要戰術性能，如探測距離、探測範圍、測角(方位、仰角)精度、角度分辨力和反干擾能力均與天線性能有關。
雷達天線在空間聚成的立體電磁波束，通常用波束的水平截面圖(即水平方向圖)和垂直截面圖(即垂直方向圖)來描述。方向圖呈花瓣狀，又稱為波瓣圖。常規的 天線方向圖有一個主瓣和多個副瓣。主瓣用於探測目標。副瓣又稱旁瓣，是無用的，愈小愈好。雷達的戰術用途不同，所要求的天線波束形狀也不相同。常規雷達的 發射波束和接收波束是相同的，一些特殊體制的雷達，發射波束和接收波束不同。脈衝雷達多數是發射和接收共用一個天線，靠天線收發開關進行發射和接收工作狀 態的轉換。有些雷達(如多基地雷達和連續波雷達)，其發射天線和接收天線是分開的。
種類
雷達天線類型很多，按其結構形式，主要有反射面天線和陣列天線兩大類。按天線波束的掃描方式，雷達天線可分為機械掃描天線、電掃描天線和機電掃描結合的天線。
反射面天線由反射面和輻射器組成。輻射器又稱饋源、輻射元、照射器，它向反射面輻射 電磁波，經反射形成波束。典型的反射面天線是旋轉拋物面天線，切割拋物面天線、拋物柱面天線、卡塞格倫天線、單脈衝天線、疊層波束天線、賦形波束天線和偏饋天線等多種形式。機械掃描天線通過機械的方法驅動天線轉動，實現天線波束在方位和仰角二維的掃描，掃描的速度較慢。電掃描天線，天線固定不動，波束在方位和仰角二維的掃描，都是用電子技術控制陣列天線上各輻射單元的饋電相位或工作頻率來實現，波束掃描的速度很快。機電掃描結合的天線一般是方位掃描由機械驅動天線旋轉進行，仰角掃描由電子技術控制各輻射單元的饋電相位或工作頻率來實現，因 此其方位掃描較慢，仰角掃描很快。有時也把機電掃描結合的天線叫一維電掃描天線。
主要性能指標
雷達天線主要目的是更好地接受和發送數據，採用不同種類的天線擁有不同的指標，但雷達天線主要的性能指標有波瓣寬度、有效面積、增益、副瓣電平、極化方式、頻帶寬度、天線轉速和抗風力等。
波瓣寬度
波瓣寬度是天線方向圖中主波瓣電磁場半功率點 (0.707場強點)間的寬度，有水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度。在雷達工作波長固定的條件下，天線口徑尺寸越大，波瓣寬度越窄。在天線口徑尺寸固定的條件 下，工作波長越短，波瓣寬度越窄。天線波瓣寬度與雷達的測角精度和角分辨力直接有關，波瓣窄，測角精度高，角分辨力強。
有效面積
有效面積表示雷達天線接收空中信號功率的能力，即雷達天線接收到的信號功率與來自最大輻射方向的信號的功率密度之比。一般雷達天線的有效面積為天線實際幾何面積的50%～90%。
增益表示
增益表示 雷達天線聚集波束的能力，其大小為雷達天線在最大輻射方向所輻射的功率與一各個方向都均勻輻射的天線在同一方向上輻射的功率之比(在兩天線輸入功率相同的 條件下)。在雷達工作波長固定時，天線口徑面積越大，天線增益越高；如果天線口徑面積固定，則工作波長越短，增益越高。
副瓣電平
副瓣電平是指副瓣的最大電磁場強度與主瓣的最大電磁場強度之比，用分貝表示。雷達天線有很多副瓣，因此有最大副瓣電平和平均副瓣電平兩項性能指標。根據雷達反干擾性能的要求，天線副瓣電平越低越好。
極化方式、頻帶寬度、天線轉速與抗風力
雷達天線通常置於露天工作，直接受到自然界中的風、雨、冰雪、沙塵以及太陽輻射、鹽霧等的影響使天線的性能降低，壽命縮短。為此，很多地面和艦載雷達的天 線配有天線罩。機載雷達由於在高速平台上工作，則必須配有天線罩，以改善氣動性能。天線罩是用對電磁波透過率很高的材料製成，可保護天線免受惡劣自然環境 的影響，減輕天線磨損、腐蝕和老化，使天線性能穩定可靠，延長使用壽命。天線罩可使天線減少對風的防護措施，因此可減輕天線機械結構重量，降低天線驅動功率。
相關技術
波束圓錐掃描技術
在圓口徑的拋物面天線（見反射面天線）上，使饋源側向偏離焦點，形成一個與瞄準軸成一定角度的波束。然後，將饋源連續旋轉，在空間形成圓錐形波束。當目標在瞄準軸上時，所有回波脈衝幅度相同，無誤差信號。當目標偏離瞄準軸時，回波脈衝幅度產生起伏變化，形成與饋源旋轉頻率相同的交流誤差信號。交流誤差信號的大小決定於目標偏離瞄準軸的角度；交流誤差信號的相位則決定於目標偏離瞄準軸的方向。
單脈衝和差波束技術
用兩個形狀相同、指向不同卻又部分重疊的銳波束同時接收目標回波信號時，根據二波束收到的回波信號幅度差別可判別目標偏離瞄準軸的方向與大小。這種方法在原理上能根據單次發射產生的回波信號判定目標偏離瞄準軸的方向和大小，故稱為單脈衝技術。為了避免兩路接收通道不一致引起誤差，可在饋電網絡中把上述二波束合成另外兩個波束，即和波束及差波束。為了同時確定目標方位和仰角偏差，50年代初把四喇叭饋源置於拋物面焦點上，形成方位面內和仰角面內的差波束及公共的和波束，後來又研製出五喇叭、十二喇叭和其他多模饋源。
V形波束測高體制
這是 40年代末出現的一種測高體制。用兩部天線分別產生常規直立的和傾斜45°的兩個餘割平方波束。兩天線同時旋轉時，不同高度的飛機被兩波束掃過的時間差不同，從而可獲得目標高度信息。50年代末又出現兩個反射體並成一體的V形波束測高雷達。但是，這種體制在仰角面上無分辨力，而且時間差與目標速度和方向有關，後來未斷續發展。
三坐標雷達天線
在雷達天線連續旋轉測量目標方位的同時，還能獲得空中目標仰角全部信息的雷達，稱為三坐標雷達。這種雷達的天線有多種波束體制。
相控陣雷達天線
這種天線是固定不動的。由陣列中每一有源陣元所連接的移相器按照兩維掃描所需的相移指令來移相，則波束可在一定的立體角內靈活掃描。相控陣天線的陣面多排列成圓形，以保持各向掃描特性的一致性並得到較低的副瓣。相控陣陣元數量極大，為降低造價可採用疏稀技術，使有源單元數目減少到幾分之一。對相控陣可用饋線進行組合饋電，也可採用空間饋電（或稱光學饋電）。空間饋電又分為透射式和反射式兩類。
參考來源