由于天線的特殊設(shè)計(jì)，輻射密度可以集中在一定的空間方向上。無損天線方向性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是天線增益。它與天線的方向性密切相關(guān)。與僅描述天線方向特性的方向性相反， 天線增益還考慮了天線的效率。

因此，它表示實(shí)際輻射功率。這通常小于發(fā)射器提供的功率。但是，由于該功率比方向性更容易測量，因此天線增益比方向性更常用。在考慮無損天線的假設(shè)下，方向性可以設(shè)置為等于天線增益。

參考天線用于定義天線增益。在大多數(shù)情況下，參考天線是無損假設(shè)的全向輻射器 （各向同性輻射器或天線） 向各個(gè)方向均勻輻射，或者一個(gè)簡單的偶極子天線，至少在所考慮的平面中也可以作為參考。

對于要測量的天線，輻射密度（每單位面積的功率） 在一定距離處的點(diǎn)處確定并與使用參考天線獲得的值進(jìn)行比較。天線增益是兩種輻射密度的比值。

例如，如果定向天線產(chǎn)生的輻射密度是各向同性天線的 200 倍 在一定的空間方向上，天線增益G的值為200或 23分貝。

天線方向圖

天線方向圖是天線輻射能量空間分布的圖形表示。根據(jù)應(yīng)用的不同，天線應(yīng)僅從某個(gè)方向接收， 但不應(yīng)接收來自其他方向的信號（例如電視天線、雷達(dá)天線）， 另一方面，汽車天線應(yīng)該能夠接收來自所有可能方向的發(fā)射器。

天線輻射方向圖是天線輻射特性元素的圖形表示。天線方向圖通常是天線方向特性的圖形表示。它表示能量輻射的相對強(qiáng)度或電場或磁場強(qiáng)度的量 作為天線方向的函數(shù)。天線圖由計(jì)算機(jī)上的模擬程序測量或生成，例如， 以圖形方式顯示雷達(dá)天線的方向性，從而估計(jì)其性能。

與在飛機(jī)各個(gè)方向均勻輻射的全向天線相比， 定向天線偏愛一個(gè)方向，因此 以較低的傳輸功率在這個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)更長的范圍。天線輻射方向圖以圖形方式說明了通過測量確定的偏好。由于互惠性，保證了天線相同的發(fā)射和接收特性， 該圖將定向分布的傳輸功率顯示為場強(qiáng) 以及接收過程中天線的靈敏度。

所需的方向性是通過天線的目標(biāo)機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。方向性表示天線在某個(gè)方向上接收或發(fā)射的程度。它以圖形表示形式表示 （天線方向圖） 作為方位角（水平圖）和仰角（垂直圖）的函數(shù)。

使用笛卡爾坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系。圖形表示中的測量值可以具有線性或?qū)?shù)值。

使用許多顯示格式。笛卡爾坐標(biāo)系， 以及極坐標(biāo)系，很常見。主要目標(biāo)是顯示水平（方位角）具有代表性的輻射圖 對于完整的 360° 表示或垂直（仰角）大多僅適用于 90 或 180 度。在笛卡爾坐標(biāo)系中，天線的數(shù)據(jù)可以更好地表示。由于這些數(shù)據(jù)也可以打印成表格， 通常首選在極坐標(biāo)系中描述性更強(qiáng)的軌跡曲線表示。與笛卡爾坐標(biāo)系相反，這直接指示方向。

為了易于操作、透明和最大的多功能性， 輻射圖通常歸一化為坐標(biāo)系的外邊緣。這意味著測量的最大值與 0° 對齊并繪制在圖表的上邊緣。輻射圖的進(jìn)一步測量值通常相對于該最大值以dB為單位顯示 （分貝）。

圖中的比例可以變化。常用的繪圖比例尺有三種類型; 線性 線性對數(shù)和 修正對數(shù)。線性刻度強(qiáng)調(diào)主輻射束，通常抑制所有旁瓣， 因?yàn)樗鼈兺ǔ２坏街魅~的百分之一。但是，線性對數(shù)刻度可以很好地代表旁瓣，當(dāng)所有旁瓣的水平很重要時(shí)，它是首選。但是，它給人的印象是天線不好，因?yàn)橹靼晗鄬^小。修正的對數(shù)刻度（圖4）在壓縮時(shí)強(qiáng)調(diào)了主梁的形狀 朝向模式中心的極低電平 （<30 dB） 旁瓣。因此，主瓣是最強(qiáng)旁瓣的兩倍，這對于視覺呈現(xiàn)是有利的。然而，這種形式的表示很少在技術(shù)中使用，因?yàn)楹茈y從中讀取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

水平輻射圖

水平天線圖是天線電磁場的平面圖， 表示為以天線為中心的二維平面。

這種表示的興趣在于簡單地獲取天線的方向性。通常，值 -3 dB 在刻度上也以虛線圓圈的形式給出。主瓣和這個(gè)圓之間的交叉點(diǎn)導(dǎo)致天線的所謂半功率波束寬度。其他易于讀取的參數(shù)是前進(jìn)/后退比率， 即主瓣和后瓣之間的比率， 以及旁瓣的大小和方向。

對于雷達(dá)天線，主瓣和旁瓣之間的比例很重要。該參數(shù)直接影響雷達(dá)抗干擾度的評估。

垂直輻射圖

垂直圖案的形狀是三維圖形的垂直橫切。在所示的極坐標(biāo)圖（圓的四分之一部分）中，天線位置為原點(diǎn)， X 軸是雷達(dá)范圍，Y 軸是目標(biāo)高度。天線測量技術(shù)之一是使用Intersoft Electronics的測量工具RASS-S的太陽頻閃記錄。The RASS-S （Radar Analysis S upport S ystem for S ites）是一個(gè)獨(dú)立于雷達(dá)制造商的系統(tǒng)，用于評估雷達(dá)的不同元素 通過連接到已經(jīng)可用的信號，這在操作條件下。

圖 3：具有余割平方特性的垂直天線方向圖

在圖 3 中，測量單位是海里作為范圍，英尺作為高度。由于歷史原因，這兩種測量單位仍然用于空中交通管理。這些單位具有次要意義，只是因?yàn)槔L制的輻射圖量被定義為相對水平。這意味著視軸已經(jīng)獲得了在雷達(dá)方程的幫助下計(jì)算的（理論）最大范圍的值。

圖的形狀僅提供所需的信息！要獲得絕對值，您需要在相同條件下測量的第二個(gè)圖。您可以比較這兩個(gè)圖，然后實(shí)現(xiàn)天線性能的過度增加或減少。

輻射線是仰角的標(biāo)記，此處為半度步長。x 軸和 y 軸的不等比例（許多英尺與很多海里）會導(dǎo)致仰角標(biāo)記之間的非線性間距。高度顯示為線性網(wǎng)格圖案。第二個(gè)（虛線）網(wǎng)格定向在地球曲率上。

三維表示的天線圖大多是計(jì)算機(jī)生成的圖像。大多數(shù)情況下，它們是由模擬程序生成的，其值驚人地接近實(shí)際測量圖。生成真實(shí)的測量圖意味著巨大的測量工作，因?yàn)閳D像的每個(gè)像素都代表其自己的測量值。

來自機(jī)動車輛的雷達(dá)天線的笛卡爾坐標(biāo)中的天線方向圖的三維表示。
（功率以絕對水平給出！因此，大多數(shù)天線測量程序都為這種表示選擇折衷方案。只有通過天線圖的垂直和水平部分可用作實(shí)際測量值。

所有其他像素都是通過乘以垂直圖的整個(gè)測量曲線來計(jì)算的 通過水平圖的單個(gè)測量值。所需的計(jì)算能力是巨大的。除了在演示文稿中令人愉悅的表示外，其好處值得懷疑， 因?yàn)榕c兩個(gè)單獨(dú)的圖（水平和垂直天線圖）相比，無法從該表示中獲得新的信息。相反：特別是在外圍區(qū)域， 用這種折衷方案生成的圖表應(yīng)該與現(xiàn)實(shí)有很大偏差。

此外，3D 圖可以用笛卡爾坐標(biāo)和極坐標(biāo)表示。

雷達(dá)天線的波束寬度通常理解為半功率波束寬度。峰值輻射強(qiáng)度在一系列測量中發(fā)現(xiàn)（主要是在消聲室中） 然后位于峰值兩側(cè)的點(diǎn)，這些點(diǎn)代表峰值強(qiáng)度的一半次方。半功率點(diǎn)之間的角距離定義為 波束寬度。[1]以分貝表示的一半功率是 ?3 dB，因此半功率波束寬度有時(shí)稱為 3 dB波束寬度（θ3）或半功率波束寬度（HPBW）。通常同時(shí)考慮水平和垂直波束寬度。

為了能夠直接測量示波器波形的參數(shù)， 習(xí)慣上也使用在半電壓點(diǎn)（?6 dB）測量的寬度 這在變量名θ6 中表示。這些半電壓點(diǎn)在天線方向圖上的位置與半功率點(diǎn)的位置不同。假設(shè)阻抗相同，一半的電壓將產(chǎn)生一半的電流。一半的電流乘以一半的電壓得到四分之一的功率，以分貝表示 - 6 dB。如果應(yīng)使用射頻電壓測量來估計(jì)天線的波束寬度， 然后 0.707 個(gè)電壓點(diǎn)表征半功率 波束寬度。

近似作為第一個(gè)近似值，假設(shè)天線的旁瓣可以忽略不計(jì)，并且 發(fā)射器產(chǎn)生的總功率集中在主瓣中。為了通過理論計(jì)算糾正這種近似的影響，引入了術(shù)語梁形損失。

第二個(gè)近似值是假設(shè)總功率在天線的半功率波束寬度內(nèi)，并且 均勻分布在其中（見圖1，綠色區(qū)域）。另一方面，假設(shè)在半功率波束寬度之外無法測量任何功率。如果需要在計(jì)算距離或信號幅度時(shí)校正此近似值的影響 然后可以使用光束寬度因子。

由于這些近似值，可以直接在雷達(dá)方程中使用天線的增益和發(fā)射器產(chǎn)生的功率作為參數(shù)。

光束立體角

立體角是變量名稱為Ω的二維角度測量值。它們的測量單位是輔助單位球面度[Sr]。波束立體角Ω定義為天線的所有功率在輻射強(qiáng)度恒定的情況經(jīng)的立體角 （并等于最大值）ΩA 內(nèi)的所有角度。這是一個(gè)相當(dāng)理論值的值，但對于具有非常大的方向性和小旁瓣的天線，可以近似：

有些模型將天線空間角投影到表面上表示為 具有垂直和水平半功率波束寬度（金字塔立體角）邊緣長度的矩形輪廓， 以及將其圓形或橢圓表示到球面（典型立體角）上的模型。

旁瓣衰減

除主瓣外，天線的輻射方向圖還包含多個(gè)旁瓣和一個(gè)后瓣。這些現(xiàn)象是不希望的，因?yàn)樗鼈儗Ψ较蛐?yīng)產(chǎn)生不利影響，并且還會從主瓣吸收能量。主瓣和最大旁瓣之間的關(guān)系稱為旁瓣衰減。旁瓣衰減應(yīng)盡可能高。

正向/反向比率前/后比表示主瓣在 0° 處的幅度與 180° 處的后瓣大小之比。 這個(gè)比例也應(yīng)該盡可能大。

有效天線面積（孔徑）

天線的一個(gè)重要參數(shù)是稱為A e或“天線孔徑”的有效天線面積。在最佳取向和極化條件下， 可以從接收天線獲得的最大功率與 入射到接收位置的平面波的功率密度。波前的輻射密度是單位面積的功率。因此，比例因子具有電磁場中天線表示的區(qū)域的維度。這個(gè)區(qū)域稱為有效天線面積Ae，與天線的方向性D密切相關(guān)，也等于無損天線的增益：

這個(gè)等式顯示了非常重要的關(guān)系：天線的方向特性由其幾何尺寸決定。相對于波長的直徑越大，其方向性就越高。

也可以為線性天線指定有效天線面積。它不一定必須與天線的幾何延伸一致，這在有線天線中尤其明顯。這兩個(gè)量之間的比值稱為天線的孔徑效率Ka。對于具有大型拋物面反射器的天線，Ka = 0，6 ...1，0適用。尺寸為a和b的矩形喇叭輻射器的有效天線面積略小于幾何面積a·b。

有效天線面積取決于幾何天線面積上的輻射分布。如果該輻射分布是線性的，則Ka = 1。然而，這種高孔徑效率和線性輻射分布也會導(dǎo)致強(qiáng)旁瓣。如果要將旁瓣保持在較小的尺寸上以用于天線的實(shí)際用途，則輻射分布必須是非線性的， 然后有效天線面積小于幾何天線面積（A e< A）。

拋物面反射器、碟子或鏡子是一種用于收集或投射電磁波等能量的設(shè)備。將沿拋物線同一軸行進(jìn)的平面波改變?yōu)榍蛐尾?，它們都在反射器的焦點(diǎn)處相遇。

拋物面碟形天線是雷達(dá)工程中最常用的形式 安裝的天線類型。圖1顯示了拋物面天線。碟形天線由一個(gè)圓形拋物面反射器和一個(gè)位于 該反射器的焦點(diǎn)。此點(diǎn)源稱為“主要饋送”或“饋送”。

圓形拋物面（拋物面）反射器由金屬制成，通常是由金屬覆蓋的框架 內(nèi)側(cè)有網(wǎng)眼。金屬網(wǎng)槽的寬度必須小于λ/10。這種金屬覆蓋物形成反射器，充當(dāng)雷達(dá)能量的鏡子。

根據(jù)光學(xué)定律和分析幾何學(xué)，對于這種類型的反射器全部反射 光線將平行于拋物面的軸線，這給我們理想情況下只有一個(gè)反射 射線平行于主軸，沒有旁瓣。田地離開這個(gè)飼料喇叭時(shí)有一個(gè)球形 波。當(dāng)波前的每個(gè)部分到達(dá)反射表面時(shí)，它會移動180度 同相并向外發(fā)送的角度使場的所有部分平行行進(jìn) 路徑。

這是一個(gè)理想化的雷達(dá)天線，產(chǎn)生鉛筆光束。如果反射器呈橢圓形，則會產(chǎn)生扇形光束。監(jiān)視雷達(dá)在水平和垂直平面上使用兩種不同的曲率來達(dá)到所需的 方位角的鉛筆梁和仰角的經(jīng)典余割方形扇形梁。

帶寬

天線的帶寬是天線仍能達(dá)到以下所需特性的頻率范圍：

空間分布（天線方向圖）;

極化;

阻抗;

傳播模式。

大多數(shù)天線技術(shù)可以支持在中心頻率的5%至10%的頻率范圍內(nèi)工作 （例如，100 GHz 時(shí)的 200 至 2 MHz 帶寬）由于其諧振特性。要實(shí)現(xiàn)寬帶操作，需要專門的天線技術(shù)（例如，對數(shù)周期偶極子天線、錐形槽天線）。

對數(shù)周期偶極子天線（LPDA）是一種寬帶窄波束天線，具有阻抗和輻射 作為激勵(lì)頻率的對數(shù)函數(shù)定期重復(fù)的特性。對數(shù)周期天線是陣列，由饋電元件系統(tǒng)組成，這些元件通過 彼此交叉雙線。在傳輸?shù)那闆r下，起初，波會自行傳播 在病原體線上幾乎無輻射。所附和在實(shí)際波長上獲得 太短的偶極子僅用作容性負(fù)載。僅當(dāng)偶極子進(jìn)入范圍時(shí) 三分之一波長，照射開始，幾個(gè)偶極子相互跟隨 然后參與其中。該輻射有效區(qū)受偶極子的限制，偶極子 大約對應(yīng)于波長的一半。所有以下較長的偶極子都有貢獻(xiàn) 沒有更多的輻照。

在高達(dá) 10 dB 的非常小的背瓣下，可實(shí)現(xiàn)的增益最高可達(dá) 35 dB。基地 電阻為 50 至 120 Ω具體取決于結(jié)構(gòu)。

這種天線的電氣質(zhì)量隨著頻率的對數(shù)周期性地重復(fù)出現(xiàn)。然而，這些周期性波動（例如增益和基極電阻）可以保持在 通過天線的適當(dāng)尺寸，可以認(rèn)為她是一種近似方式 一直關(guān)于考慮的頻率間隔。

相控陣天線是一種陣列天線，其單個(gè)輻射器可以饋入不同的相移。因此，通用天線方向圖可以通過電子方式進(jìn)行控制。與天線的機(jī)械轉(zhuǎn)向相比，電子轉(zhuǎn)向更加靈活，需要的維護(hù)更少。

功能原理

這種天線的原理是基于干擾的影響， 即兩個(gè)或（通常）幾個(gè)輻射源的相位依賴性疊加。可以觀察到，同相信號（圖1中的相同顏色）相互放大，而反相信號相互抵消。因此，如果兩個(gè)散熱器發(fā)出相同相移的信號， 實(shí)現(xiàn)疊加 - 信號在主要方向上放大，在次要方向上衰減。在圖 1 的左側(cè)散熱器組中，兩個(gè)散熱器的供電相位相同。因此，信號在主要方向上被放大。

在圖 1 的第二個(gè)圖中， 來自上部散熱器的信號比來自下部散熱器的信號相移傳輸22°（即略有延遲）。因此，共同發(fā)出的信號的主要方向是略微向上轉(zhuǎn)向。

圖1顯示了不帶反射器的散熱器。因此，天線方向圖的后瓣與主瓣一樣大。然而，后葉也向上轉(zhuǎn)向。提示：查看放大視圖中的圖像并注意差異 在下部散熱器的輻射特性中切換移相器時(shí)。

圖2：電子轉(zhuǎn)向光束的動畫

如果要傳輸?shù)男盘柆F(xiàn)在通過相位調(diào)節(jié)模塊路由， 輻射方向可以通過電子方式控制。但是，這不可能無限期地實(shí)現(xiàn)， 因?yàn)檫@種天線布置在垂直于天線場的主要方向上的有效性最大， 雖然主方向的極端傾斜會增加不需要的旁瓣的數(shù)量和大小， 同時(shí)減小有效天線面積。正弦定理可用于計(jì)算必要的相移。

任何類型的天線都可以用作相控陣天線中的輻射器。值得注意的是，單個(gè)散熱器必須通過可變相移進(jìn)行控制 因此，輻射的主要方向可以連續(xù)改變。為了實(shí)現(xiàn)高方向性，在天線領(lǐng)域使用了許多輻射器。天線的安/幀率-117, 例如，由1584個(gè)輻射器組成，其接收信號仍以模擬方式組合到天線模式。另一方面，更現(xiàn)代的多功能雷達(dá)裝置在接收過程中使用數(shù)字波束成形。

有源天線

有源相控陣天線是發(fā)射功率由 許多RX/TX-模塊直接對天線的影響很小。例如：機(jī)載 龍卷風(fēng)-鼻子雷達(dá)、防空雷達(dá)AN/FPS-117和海軍雷達(dá)APAR。

有源天線通常是相控陣天線，而不是 中央高功率振蕩器/放大器，每個(gè)輻射元件都有一個(gè)小型功率放大器 直接天線。這樣做的好處是，必要的移相器必須只處理很小的功率。

約束饋電是無源相控陣天線饋電最常應(yīng)用的方式。受限饋電需要波導(dǎo)布線或帶狀線網(wǎng)絡(luò)供電。（例如：PAR-80）。

一種很少使用的方法表示空間饋送（準(zhǔn)光學(xué)饋送）。此時(shí)，天線區(qū)域由饋電喇叭用發(fā)射功率照亮。功率由小天線元件接收，然后在相位中修改并再次發(fā)射。（例如：SAM 系統(tǒng) -愛國者）。

系列饋電

在相控陣天線的串聯(lián)饋電處，輻射器元件 串聯(lián)并逐漸遠(yuǎn)離進(jìn)料點(diǎn)。端饋串聯(lián)陣列如圖2所示。中心饋電陣列可視為兩個(gè)端饋電。串聯(lián)饋電陣列對頻率敏感，導(dǎo)致帶寬限制。當(dāng)頻率改變時(shí)，輻射元件處的相位與 饋線，使孔徑處的相位以線性方式傾斜并掃描光束。這種效果對于頻率掃描陣列很有用， 但通常情況下這是不可取的。每個(gè)輻射元件增加的電路徑長度必須計(jì)算為頻率的函數(shù) 并在調(diào)整移相器時(shí)考慮在內(nèi)。

如果無論如何都要進(jìn)行頻率更改，計(jì)算機(jī)還必須計(jì)算 新的相移（或大多數(shù)在實(shí)踐中：它使用另一個(gè)相移表）。

無源天線并聯(lián)饋電

發(fā)射功率在分流器的每個(gè)功率分配器上同相分配，位于 相控陣天線。每個(gè)輻射元件都有一個(gè)等長的饋線，并被提供 因此完全同相。

因此，頻率的變化不會影響相位差。這樣做的好處是計(jì)算機(jī)可以忽略進(jìn)料線的長度 在計(jì)算相移時(shí)。這是雷達(dá)組頻率捷變的優(yōu)勢，也是頻率分集和脈沖壓縮的要求。

空間饋電相控陣天線的傳輸類型

空間（光學(xué)）饋電可以認(rèn)為介于平行饋電和中心饋電串聯(lián)饋電之間。使用非常長的焦距，空間饋送近似于平行饋送。在非常短的焦距下，它近似于中心饋送串聯(lián)饋送，因?yàn)橛?從饋電喇叭到透鏡陣列的各個(gè)天線元件的路徑長度的本質(zhì)區(qū)別。在透射類型下，主饋電位于透鏡陣列后面。透鏡陣列后面的位置被進(jìn)料場阻擋。為此，喇叭散熱器 不會在天線前面的輻射場中產(chǎn)生任何陰影?！稅蹏摺?SAM-復(fù)合體具有一種傳輸類型的空間饋電相控陣天線。

空間饋電相控陣天線的反射類型

在天線后面的反射類型處有足夠的位置來安裝模塊（例如：移相器 控件和電源）。與此相反，喇叭散熱器現(xiàn)在會干擾。完全在最佳光線方向上 他不僅形成了一個(gè)影子，而且還會再次吸收反射的能量。然后在進(jìn)料系統(tǒng)中產(chǎn)生駐波！

但是喇叭飼料已經(jīng)應(yīng)該輕輕地喜歡在中心的某個(gè)地方， 如果不是這種情況，則不同的傳播時(shí)間再次出現(xiàn)在散熱器元件上。