雷達(dá)天線（1）：方向性和增益

雷達(dá)天線（1）：方向性和增益無論是雷達(dá)、通信還是電子戰(zhàn)系統(tǒng)，都有一個(gè)關(guān)鍵部分，那就是：天線。大家知道，天線的作用是完成波導(dǎo)場(chǎng)和空間輻射場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換。發(fā)射是將電子轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾樱拖袷蛛娡惨粯?，將輻射能量集中照射目?biāo)方向，輻射的功率被遠(yuǎn)處的目標(biāo)、地面、天空以及其他天線所吸收；接收則是將光子轉(zhuǎn)換為電子，收集來自遠(yuǎn)處目標(biāo)的被動(dòng)輻射或其他天線的主動(dòng)輻射，就像我們的“眼睛”，只不過它們收集的頻段在可見光，還是“雙站”哦！一般來說，天線都具有方向性，也就是往不同方向輻射的功率密度不同，對(duì)于接收來說，則是指對(duì)不同方向入射的電磁波響應(yīng)不同。今天討論的重點(diǎn)就是天線的方向性和天線增益的理解。天線的方向性是指天線把輻射出去的能量集中在期望方向上的程度，我們通?？吹降奶炀€的三維圖形，雖然大部分能量都集中在視軸的一個(gè)大致區(qū)域內(nèi)，就是大家所熟知的“主瓣”，但是在其他方向上或多或少都要輻射一些能量，受大家關(guān)注較多的是“旁瓣”以及主旁瓣比。天線增益是相對(duì)于參考天線來說的，比如說100W的功率饋給天線并不會(huì)得到大于100W的輻射能量。而是以犧牲其他方向?yàn)榇鷥r(jià)，天線將輻射能量集中到特定方向，從而得到了相對(duì)于參考天線的增益。這和放大器的增益概念是完全不同的，放大器的增益是指將信號(hào)放大了多少dB，是輸出相對(duì)于輸入來說的。放大器是有源的，增加了信號(hào)的能量，所以和天線這種無源器件的增益概念是不同的。在輸入功率相等的情況下，天線增益是指實(shí)際天線和參考天線在空間同一點(diǎn)處的功率密度之比。以各向同性天線(isotropicantenna)或偶極子天線(dipoleantenna)為參考，得到天線增益的單位分別為dBi和dBd。天線增益描述的是天線將功率集中輻射的程度，因此與天線方向圖密切相關(guān)。一般來說天線方向圖主瓣越窄、副瓣越小，則增益越高。有效輻射功率：EffectiveRadiatedPower，ERP等效全向輻射功率：EffectiveIsotropicRadiatedPower，EIRP有效輻射功率定義為天線增益和輸入功率的乘積。舉例：一個(gè)100W的發(fā)射機(jī)連接到增益為9dBd的天線上，系統(tǒng)傳輸線和接頭損耗為3dB，計(jì)算出ERP=50dBm+9dBd-3dB=56dBm，ERP是400W。這里的ERP=400W并不是說發(fā)射機(jī)饋給天線的功率增加了，而是說如果采用的是偶極子天線，在該方向上達(dá)到相同的輻射效果，需要的等效功率是400W。在談到天線增益的時(shí)候，會(huì)有方向性增益和功率增益的區(qū)分，它們是通過輻射效率相互聯(lián)系的，方向性增益總是大于功率增益的，并與天線波束寬度有密切關(guān)系。天線方向圖可以看出在空間不同方向有大小不同的增益，我們常說的“天線增益”通常是指產(chǎn)生最大增益方向上的增益，單位為dBi或者dBd。這二個(gè)單位的參考基準(zhǔn)不同，前者是以各向同性天線(isotropicantenna)為基準(zhǔn)，后者是以偶極子天線(dipoleantenna)為基準(zhǔn)。偶極子天線的增益：0dBd=2.15dBi也就是說若以dBd來表示天線增益時(shí)，數(shù)值會(huì)變小。例如：增益為5dBd的天線增益可以表示為7.15dBi。常說的天線“3dB波束寬度”是指天線增益下降到視軸增益一半，也就是相比于最大增益衰減了3dB時(shí)兩個(gè)增益值之間的夾角。舉例：在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào)