天线是一种将电能转换为无线电波的电气设备,反之亦然。该天线不仅用于雷达,还用于干扰器、辐射警告系统和通信系统。在传输过程中,天线集中雷达发射器的能量并形成指向所需方向的波束。接收时,天线收集反射信号中包含的返回雷达能量,并将其传输到接收器。天线的波束形状和效率通常各不相同。
左侧是各向同性天线,右侧是定向天线
偶极子天线或偶极子是最简单和最流行的天线类别。它由两个相同的导体、导线或棒组成,通常具有双边对称性。发射设备为其提供电流,接收设备在天线的两半之间接收信号。发射器或接收器处馈线的两侧都连接到其中一个导体。偶极子是谐振天线,也就是说,它们的元件充当驻波从一端传递到另一端的谐振器。所以偶极子元件的长度由无线电波的长度决定。
极坐标模式
偶极子是非定向天线。在这方面,它们通常用于通信系统。
非对称天线是偶极子天线的一半,垂直于导电表面(水平反射元件)安装。单极子天线的方向系数是双倍长度偶极子天线的两倍,因为水平反射元件下没有辐射。在这方面,这种天线的 CPI 是其两倍,并且能够使用相同的发射功率进一步传输波。
极坐标模式
Yaga 的天线是一种定向天线,由位于同一条线上的多个平行元件组成。通常由单个辐照器元件组成,通常是一个偶极子或环形振动器。只有这个元素会感到兴奋。其余的元素是寄生的——它们反射或帮助将能量转移到正确的方向。辐照器(主动振动器)通常位于末端倒数第二个位置,如下图所示。选择其大小是为了在存在寄生元件的情况下实现谐振(对于偶极子,通常为波长的 0.45 – 0.48)。辐照器左侧的元件是反射器 (reflector)。它通常比辐照器长。通常只有一个反射器,因为添加额外的反射器对效率影响很小。它影响在后/前方向发射的天线信号的比率(相对于相反方向的最大方向的增益)。辐照器的右侧有导向器元件,它们通常比辐照器短。Yaga 天线的工作频率范围非常窄,最大增益约为 17 dB。
一种常用于 VHF 和 UHF 发射器的天线。它由一个辐照器(可以是偶极子或 Yaga 阵列)组成,安装在两个以一定角度(通常为 90°)连接的平面矩形反射屏前面。金属板或光栅(用于低频雷达)可以充当反射器,减轻重量并降低风阻。角度天线范围广,增益约为 10-15 dB。
标志周期天线 (LPA) 由几个长度逐渐增加的半波偶极子发射器组成。每个都由一对金属棒组成。偶极子一个接一个地紧密连接,并以相反的相位并联连接到馈线。从外观上看,这种天线类似于 Yaga 天线,但工作原理不同。向 Yaga 天线添加元件会增加其方向性(增益),向 LPA 添加元件会增加其带宽。与其他天线相比,它的主要优点是工作频率范围极广。天线元件的长度根据对数定律相互关联。最长的元件长度是最低频率波长的 1/2,最短的元件长度是最高频率波长的 1/2。
螺旋天线由扭曲成螺旋状的导体组成。
它们通常安装在水平反射元件上方。
给料机连接到螺旋的底部和水平面。
它们可以在两种模式下运行 - 正常模式和轴向模式。
正常(横向)模式:
与发射频率的波长相比,螺旋线的尺寸(直径和倾角)很小。
天线的工作方式与短路偶极子或单极子相同,具有相同的发射模式。
辐射平行于螺旋轴线呈线性极化。
此模式用于便携式和移动对讲机的紧凑型天线。
轴向模式:
螺旋线的尺寸与波长相当。
该天线用作定向天线,从螺旋线的末端沿其轴线传输波束。
它发射圆极化的无线电波。
它通常用于卫星通信。
HF 频段 (1.6 – 30 MHz) 中使用的多元件偶极子阵列,由偶极子的行和列组成。
行数可以是 1、2、3、4 或 6。
列数为 2 或 4。
偶极子是水平极化的,反射屏蔽层位于偶极子阵列后面以提供放大光束。
偶极子的列数决定了方位光束的宽度。
对于 2 根柱子,辐射方向图的宽度约为 50°,对于 4 根柱子 - 30°。
远光灯可以偏转 15° 或 30°,最大覆盖范围为 90°。
行数和最低元素离地面的高度决定了仰角和服务区域的大小。
两行数组的角度为 20°,四行数组的角度为 10°。
来自二维晶格的辐射通常以一个小角度接近电离层,并且由于其频率低,它经常被反射回地球表面。
由于辐射可以在电离层和地球之间反复反射,因此天线的作用不仅限于地平线。
因此,这种天线通常用于长距离通信。
喇叭天线由喇叭形状的膨胀金属波导组成,该波导将无线电波收集成波束。喇叭天线的工作频率范围非常广,它们可以在其边界上突破 20 倍 - 例如,从 1 到 20 GHz。增益范围为 10 至 25 dB,通常用作较大天线的辐照器。
最流行的雷达天线之一是抛物面反射器。
辐照器位于抛物面的焦点处,雷达能量被引导到反射器的表面。
大多数情况下,喇叭天线用作辐照器,但偶极子天线和螺旋天线都可以使用。
由于点能量源是聚焦的,因此它被转换为恒定相位波前,使抛物面非常适合在雷达中使用。
通过改变反射表面的大小和形状,可以创建各种形状的光束和辐射图案。
抛物面天线的方向性比 Yaga 或偶极子好得多,增益可达 30-35 dB。
它们的主要缺点是由于体型大而无法适应低频。
另一个是辐照器可以阻挡部分信号。
Cassegrain 的天线与传统的抛物面天线非常相似,但使用两个反射器的系统来创建和聚焦雷达波束。主反射器是抛物线的,辅助反射器是双曲线的。辐照器位于双曲线的两个焦点之一。来自发射机的雷达能量从辅助反射器反射到主反射器并聚焦。从目标返回的能量由主反射器收集,并以光束的形式反射到一个点到辅助反射器。然后它被辅助反射器反射并收集在辐照器所在的位置。辅助反射器越大,它就越靠近主反射器。这种设计减小了雷达的轴向尺寸,但增加了开口的阴影。相反,一个小的辅助反射器可以减少开口的阴影,但它应该远离主开口。与抛物面天线相比的优势:紧凑(尽管存在第二个反射器,但两个反射器之间的总距离小于从辐照器到抛物面天线反射器的距离),减少损耗(接收器可以放置在靠近喇叭发射器的位置),减少地基雷达的旁瓣干扰。主要缺点:光束被更强烈地阻挡(辅助反射器和辐照器的尺寸大于传统抛物面天线的辐照器尺寸),它不能很好地适应广泛的波。
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