雷達技術(shù)與應(yīng)用2.1微波傳輸線2.2雷達天線 本章內(nèi)容：什么是微波傳輸線？雷達系統(tǒng)中有很多微波器件，這些微波器件之間的連接線，就是微波傳輸線。2.1.1

微波傳輸線的分類微波傳輸線簡稱傳輸線，起著引導(dǎo)和傳輸電磁波能量的作用，沿傳輸線的走向傳輸微波信號這些傳輸線起著引導(dǎo)能量和傳輸信息的作用，其所引導(dǎo)的電磁波稱為導(dǎo)波，因此，傳輸線也被稱為導(dǎo)波系統(tǒng)。2.1微波傳輸線圖2-1常見的幾種傳輸線電磁波在傳輸線上的場分布，須滿足傳輸線的邊界條件，按其傳輸?shù)碾姶挪ǚ植碱愋涂梢苑譃槿悾篢EM、TE、TM1.平行雙線平行雙線由由兩根互相平行的金屬導(dǎo)線組成兩根導(dǎo)線間的絕緣介質(zhì)起固定作用。傳播的主要模式是TEM波，沿導(dǎo)線方向中傳播，存在著導(dǎo)體損耗，介質(zhì)損耗和輻射損耗。平行雙線一般適用傳輸?shù)陀?00MHz的電磁波。常用的平行雙線的特性阻抗是300Ω2.同軸線同軸線是雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由兩根軸線相同的圓形內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體組成電磁波分布在封閉的內(nèi)外導(dǎo)體間，沿導(dǎo)線方向傳播，因此，不產(chǎn)生輻射損耗，存在著導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。同軸線是一種寬頻帶傳輸線，在微波范圍內(nèi)應(yīng)用非常廣泛。2.同軸線同軸線的特性阻抗常用的同軸線線的特性阻抗有兩種，75Ω和50Ω。電視通訊系統(tǒng)一般選用75Ω，雷達系統(tǒng)一般選用50Ω。3.波導(dǎo)傳輸線波導(dǎo)由導(dǎo)電性能良好的空心金屬管構(gòu)成。波導(dǎo)管一般選用紫銅材料，損耗比較小，工程上都可將它近似看成理想波導(dǎo)。波導(dǎo)中電磁波的模式分兩類，一種叫橫電波，簡稱TE模，另一種叫橫磁波，簡稱TM模。波導(dǎo)存在無限多的模式表2-1國標(biāo)矩形波導(dǎo)國際型號國際標(biāo)型號頻率范圍(GHz)內(nèi)界面寬度a(mm)內(nèi)界面高度b(mm)BJ9WR9750.76～1.15247.65123.82BJ12WR7700.96～1.46195.5897.79BJ14WR65001.13～1.73165.1082.55BJ18WR5101.45～2.20129.5464.77BJ22WR4301.72～2.61109.2254.61BJ26WR3402.17～3.3086.3643.18BJ32WR2842.60～3.9572.1434.04BJ40WR2293.22～4.9058.1729.08BJ48WR1873.94～5.9947.54922.149BJ58WR1594.64～7.0540.38620.193BJ70WR1375.38～8.1734.84915.799BJ84WR1126.57～9.9928.49912.624BJ100WR908.20～12.522.86010.160

2.1.2微波傳輸線方程及其解傳輸線可分為長線和短線，長線和短線是與電磁波波長對比的結(jié)果。所謂長線是指傳輸線的幾何長度和線上傳輸電磁波的波長的比值大于或接近于1。反之稱為短線。1.分布參數(shù)及電路模型在微波波段，傳輸線的長度超過了波長或者與波長相當(dāng)，沿線的電壓、電流是時間和線上位置的函數(shù)，表明了傳輸線上的每一點，都存在分布的電阻、電感、電容等參數(shù)。2.1.2微波傳輸線方程及其解實際的傳輸線則等效為許多個Γ型網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。圖2-2傳輸線的等效電路2.1.2微波傳輸線方程及其解2.傳輸線方程及其解均勻傳輸線每個△z段，均由集中參數(shù)組成，符合基爾霍夫電壓定律和電流定律時諧傳輸線方程2.1.2微波傳輸線方程及其解均勻傳輸線電壓和電流的波動方程通解為均勻傳輸線的定解這里僅討論已知均勻傳輸線終端電壓、終端電流情況下的解。傳輸線上電壓、電流的解為圖2-3均勻傳輸線終端情況2.1.3微波傳輸線參數(shù)1.傳輸線的特性參數(shù)（1）特性阻抗Z0定義：傳輸線上的行波電壓與行波電流的比值稱為特性阻抗，用Z0表示?；蛘哂脗鬏斁€上的入射波電壓與入射波電流的比值表示。2.1.3微波傳輸線參數(shù)1.傳輸線的特性參數(shù)（2）傳播常數(shù)γ傳播常數(shù)γ表示電磁波在傳輸線上傳播，經(jīng)過單位長度后電壓、電流的幅度和相位的變化的物理量，表達式為

反射波的大小總是小于入射波的大小

駐波系數(shù)ρ的范圍

2.2雷達天線雷達發(fā)射電磁波和接收電磁波，是通過天線完成的。天線是一個能量轉(zhuǎn)換的裝置，完成導(dǎo)行波與自由空間電磁波之間的轉(zhuǎn)換。有的雷達采用兩部天線，一部發(fā)射，一部接收。有的雷達發(fā)射和接收天線相距較遠，即多基雷達，大多數(shù)雷達采用一部天線，完成收發(fā)功能。2.2雷達天線雷達發(fā)射電磁波和接收電磁波，是通過天線完成的。天線是一個能量轉(zhuǎn)換的裝置，完成導(dǎo)行波與自由空間電磁波之間的轉(zhuǎn)換。有的雷達采用兩部天線，一部發(fā)射，一部接收。有的雷達發(fā)射和接收天線相距較遠，即多基雷達，大多數(shù)雷達采用一部天線，完成收發(fā)功能。2.2.1天線的主要特性參數(shù)效率天線從饋線接收到導(dǎo)行波能量，即天線的輸入功率，轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，即天線輻射功率。效率是天線輻射功率與輸入功率的比值。2.方向圖天線的方向性是指天線將輻射出去的電磁波集中在某一個特定方向上的程度。方向圖能夠形象描述天線各個方向輻射電磁波能量的能力。2.2.1天線的主要特性參數(shù)2.方向圖圖2-4

雷達天線的方向圖

2.2.1天線的主要特性參數(shù)4.天線的增益系數(shù)增益系數(shù)的定義是：在相等的輸入功率條件下，天線在最大輻射方向上與理想的無方向性天線在同一點處的產(chǎn)生的功率密度（或場強振幅的平方值）之比，用字母G表示2.2.1天線的主要特性參數(shù)5.輸入阻抗、極化和工作帶寬天線輸入阻抗是指饋電點阻抗值，即在天線輸入端的高頻電壓與輸入端電流之比。6.天線的極化特性極化是描述輻射電場的特性。極化是指沿最大輻射方向上，組成電磁波的電場矢量端點隨時間的運動的軌跡。天線輻射電磁波的極化形式，可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。7.天線的工作帶寬在一定的工作頻率范圍，天線的電參數(shù)在容許的范圍變化，這個工作頻率范圍稱為天線的工作頻帶寬度。2.2.2常見的雷達天線1.半波對稱振子半波對稱振子由兩段相同的直導(dǎo)線或金屬條構(gòu)成，在中間的兩個端點間饋電，每段導(dǎo)體的長度為l,總長度2l正好為半個工作波長。圖2-5半波對稱振子及電流分布2.2.2常見的雷達天線1.半波對稱振子圖2-6半波對稱振子方向圖2.2.2常見的雷達天線2.相控天線陣天線陣就是將若干個天線單元，按一定規(guī)律排列起來組成的天線陣列系統(tǒng)。有源相控陣和無源相控陣。有源相控陣的每一個天線單元，配置了單獨的發(fā)射和接收裝置，稱為T/R組件；無源相控陣的天線單元，共用一個或幾個發(fā)射機和接收機有源相控陣天線的天線單元單獨配置發(fā)射源，天線單元數(shù)量龐大，成千上萬個天線單元合成的總輸出功率，能達到十幾兆瓦，甚至幾十兆瓦。探測目標(biāo)的作用距離提高到1000Km以外。

圖2-8“鋪路爪”雷達2.2.2常見的雷達天線3.反射面天線反射面天線也是增強方向性的一個方法。反射面天線結(jié)構(gòu)簡單，成本低，方向很強在雷達系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。圖2-9拋物型天線的反射面2.2.2常見的雷達天線3.反射面天線如果將電磁波輻射器放在拋物面的焦點上，它輻射的方向性弱的電磁波，經(jīng)拋物面天線反射后，就能聚焦成窄波束，沿軸線方向反射。圖2-10拋物面天線反射示意圖2.2.2常見的雷達天線3.反射面天線卡塞格倫天線是雙反射面天線，利用兩個反射面組合，獲得更窄波束的強方向性天線。卡塞格倫天線由主反射面、副反射面和輻射器組成。圖2-12雙反射面天線結(jié)構(gòu)本章小結(jié)微波器件之間的連接線，就是微波傳輸線。微波器件可以看成是一段傳輸線的終端，或者是負(fù)載。微波傳輸線簡稱傳輸線，起著引導(dǎo)和傳輸電磁波能量的作用，沿傳輸線的走向傳輸微波信號。傳輸線的結(jié)構(gòu)影響著傳輸線的特性參數(shù)。傳輸線的終端連接不同的負(fù)載，傳輸線上電磁波振幅的分布不同，影響著天線的工作參數(shù)。工作參數(shù)主要包括輸入阻抗，反射系數(shù)，駐波系數(shù)等。本章小結(jié)天線是雷達系統(tǒng)末端的器件。它的結(jié)構(gòu)是一個開放系統(tǒng)，能有效輻射電磁波，天線也稱為輻射源。天線是饋線的終端負(fù)