单脉冲雷达天线学习笔记.doc

【1】单脉冲天线按工作原理可以分为三类：
1．幅度单脉冲：比较偏轴波束收到的信号幅度来提取角信息，一般由四个喇叭和一个反射面构成。其应用最广，其形式上广泛应用比单反射面优越的双反射面天线，而双反射面又以卡格伦天线为主，卡塞格伦天线，馈线短减少了相位不平衡和信号损失，便于调整，用短焦距就能实现长焦距的性能，减少了天线纵向尺寸，几何参数多，设计时有较大的选择自由度，双曲面能将馈源辐射来的能量散射开，减少了馈源于次反射面的失配。
2．相位单脉冲：比较两个天线收到信息的的相位来提取角信息，一般由四个天线构成，每个天线间隔一定距离。
3．幅相单脉冲：一个平面比较幅度产生误差讯号而另一个平面比较相位产生误差信号。
古典的幅度单脉冲天线，四个喇叭安置在透镜或抛物面的焦点附近，每个喇叭将产生偏离轴线的次级波束，利用高频加减电路可以实现如下的波瓣加减：四个喇叭产生的四个波瓣加起来得‘和’波瓣，左边两波瓣之和与右边两波瓣之和相减得方位差波瓣，上边两个波瓣之和与下边两波瓣之和相减得俯仰差波瓣，由和波瓣所得信号提供了目标的距离信息并作为参数讯号，由差波瓣所得信号作为误差信号。其大小确定了目标偏轴多少，差信号与和信号的相位差确定了偏轴的方向，当天线对准目标时，误差讯号为零，这时天线不转动；当目标偏离天线轴向时，则有误差讯号输出，使伺服系统根据输入的误差信号驱使天线按正的或反的方向转动，直到自动对准目标。
【2】幅度单脉冲的两种设计方法
单脉冲法与顺序波束法不同，它是对几个不同天线波束接收的目标回波信号同时进行比较，并迅速地得出目标位置的全部信息，其天线系统一般由三个主要部分组成：
1）聚焦元件（透镜或抛物面）
2）馈源
3）比较器（或称为加减网络）
通常采用下列两种设计方法：一种是所谓次级波束加减法，它是基于圆锥扫描的概念引入的，将总的馈电喇叭看作几个分离的单独馈源，而每一个喇叭能量照射通过聚焦元件的口径而辐射出一个偏离瞄准轴的简单波束，将这些简单的波束相加减，则相加的方向图给出目标的距离信息，并作为参考信号，相减的方向图则给出目标偏离轴的方位角和仰角信息，差信号与参考信号相位差确定了偏轴方向，这种方法优点在于概念清楚、直观、计算方便，单不易把天线设计到最佳。另一种方法则是所谓的‘模’的概念，即把高频加减网络与馈源看作一个整体，认为信号存在于高频加减器的三个不同信道中，每个信道对应于一个‘工作模’即一个‘和模’，两个‘差模’。这些信道将分别激励馈源口径，从而对应地在空间建立三个波束，即一个‘和波束’，两个‘差波束’。与发射机联接时，‘和模’提供对目标的照射，而与接收机联接时，它又提供了目标的距离信息并作为‘参考信号’，‘差模’与接收机联接时信息的大小确定了目标的偏轴是多少，与‘参考信号’的相位差给出了目标的偏轴方向，该方法由于每一个工作模式就对应于一个普通的面天线问题，所以可以按一般的面天线理论进行直接计算，可以给出最佳性能，在设计过程中，两种方法根据情况确定选择。

【3】单脉冲天线的主要质量指标
从伺服的观点看，天线是跟踪雷达的主要误差灵敏元件，它决定了系统的主要特性。评价该天线的主要质量指标为：距离灵敏度与角度灵敏度。
1．
距离灵敏度是和支路收到回波信号随目标距离的变化率

天线设计的主要任务，一般来说就是使距离灵敏度和角度灵敏度同时达到最大（最佳）
【4】天线电参数计算方法
通常有三种计算方法
1．
焦点场法：远场来的平面波经过聚焦元件的作用，在其焦平面上汇聚成一定的绕射波瓣，置于焦点的馈源口径将接收到来波能量。当‘和模’的馈源口径场分布与绕射图形完全一致，且口径宽度与绕射图的主瓣宽度大致相同时，和增益最大，对于‘差模’，当馈源的口径宽度之半与绕射图的主瓣宽度大致相同时，且该半口径场分布与绕射图一致时，接收差电压最大，因此可以根据这种分析，按照天线特性选择馈源结构及尺寸，也可以根据已知的馈源口径场分布大致的估计一下特性的某些性能，如增益，差斜率的好坏。
2．
主口径照射法：对于抛物面主口径照射用四个喇叭或单个矩形喇叭做馈源，不采取其他措施，通常情况下是在边缘下降到－11.4分贝时获得最佳，如果略去空间衰减的影响，则主要口径照射就直接由馈源的辐射波瓣来决定，这样也可以根据主要口径照射状况来定性的估计天线性能，或者根据它来选择馈源口径。
3．
次级波束性能法：通过已知馈源口径场分布得到初级波瓣，再经过简单变换得到主口径场分布，从而再得到次级波瓣，由此可以得出一系列表示为馈源口径尺寸和主反射面尺寸的函数的次级特性参数曲线，该法数学推导计算复杂一些，单可以得到定量的天线特性参数，精确地选择与设计天线尺寸。
【5】四喇叭前馈单脉冲天线波瓣计算『略』

卡塞格伦天线及其变形的卡塞格伦天线统称双反射面天线
卡塞格伦天线由主反射面、次反射面和馈源构成，主反射面为旋转抛物面，次反射面为旋转双曲面，馈源可以有各种形式，它位于旋转双曲面的实焦点，双曲面的虚焦点与抛物面焦点重合。分析卡塞格伦天线通常应用等效原理化为普通抛物面天线，然后分析计算，主要有两种方法
1．虚馈源法：利用几何光学的原理，将馈源等效为虚馈源，位于实焦点的馈源发出的球面波经过反射面反射后的波，可以假想为由一个位于虚焦点的馈源发出的球面波，这个球面波经过反射面反射后，就再主反射面的口径面上象普通抛物面天线一样形成同相场，于是就可以把实际馈源和双曲面用一个虚馈源代替，这样卡塞格伦天线就等效为由虚馈源照射其主反射面的普通抛物面天线。如果卡塞格伦天线的主反射面的口径和焦距与普通抛物面天线的口径和焦距相等，卡塞格伦天线能够允许有较大的馈源口径尺寸。
2．等效抛物面法：其实质就是把卡塞格伦天线用一等效抛物面天线代替，该等效抛物面天线与卡塞格伦天线相比较，具有相同的馈源和相同的主反射面口径，其焦距比原来的长M倍，具体来说就是等效抛物面是从馈源Fp发出的射线的延长线与经过双曲面和主反射面两次反射后形成的平行于天线轴线的交点的轨迹。当馈源偏焦时，只要偏焦不大，等效抛物面可以近似的适用。
卡塞格伦天线的空间衰减
定义：天线系统的中心射线与边缘射线间发散路径长度的效应
在通常的天线设计中，空间衰减的因子对天线口径面的幅度分布有一定的影响，如果原来口径场是渐降分布则它将使天线的口径利用率下降，使副瓣变小，对于普通抛物面天线而言，空间衰减为：
S.A=20log(F/P)=20log[(1+cosθ)/2]
卡塞格伦天线经等效之后就可以按普通抛物面天线的情况计算空间衰减
卡塞格伦天线的空间衰减比普通抛物面天线要小的多，因此，可以在设计中可以忽略这种效应的影响。
口面遮挡效应
在卡塞格伦天线中，次反射面和馈源位于反射面的正前方，因此对主反射面辐射或接收电磁波都要产生遮挡效应，从而使天线增益下降，副瓣加大。
   在考虑次反射面和馈源遮挡效应时，天线的波瓣可以看作是没有遮挡时的波瓣与被次反射面或馈源遮挡掉了的那部分电磁场所产生的波瓣之差。表征天线性能的其他参数也可以用类似的方法求出，该方法是建立在几何光学基础上的一种近似方法
   通常次反射面的遮挡大于馈源的遮挡，所以应尽量减小次反射面的直径，同时为保证主反射面的有效照射，必须加大馈源的口面尺寸，当次反射面的直径减小到一定程度时，有可能使馈源口径尺寸增大到某个程度，此时，次反射面和馈源的遮挡程度基本相等，次反射面的直径称为最小遮挡直径。最小遮挡条件对于变极化状态都适用，单不能完全消除次反射面的遮挡，如果天线工作在单一极化状态（水平或垂直极化），可以采用极化扭转法，从理论上可以完全消除次反射面的口面遮挡，实际上很困难，总会有一些遮挡，不过，馈源的遮挡起重要作用，此种方法可以把馈源口径做的小一点，双曲面做的大一点。对于天线工作在圆极化或变极化状态，要想根本消除次反射面的口面遮挡，可以采用开放式卡塞格伦天线或偏馈卡塞格伦天线。
  为了减小绕射形成的相位失真，可以采用小张角的喇叭，因为保证次反射面的状况时，小口径喇叭波瓣胖，次反射面离得近，，大口径时离得远，但是相位失真大，因此当可能变更馈源口径的情况下，选用小一些的口径，这对减少相位失真有好处，但不是越小越好，因口径越小，喇叭伸出越长，增长了传输线，并使支撑喇叭的设备增加，在极端情况下，喇叭与次反射面共同形成一传输系统，传输导行波，这对卡塞格伦天线是不利的。当然，也可以将喇叭与次反射面一起向抛物面焦点移动，产生相反的相差来补偿相位失真，但不能完全补偿。
几个重要参数的选择原则
实际天线设计中，通常只是给出主反射面直径D，其它的自行设计
一．抛物面焦距F的选取
1．从减小次反射面的遮挡来考虑，F小一些为好
2．从减小主反射面上辐射场的交叉极化分量出发，F大一些为好，如果F太小，抛物面曲率变大，这时交叉极化分量加大，对天线性能有影响，所以F大一些为好
3．从结构和工艺加工考虑，F小时，抛物面曲率大，加工困难些，希望F大些好。
4．为了减小天线的纵向尺寸，缩短力臂，要F小一些
根据上面的分析，我们认为F/D在0.3～0.35之间为好，也不完全受此限制，可根据具体要求，灵活选取，以得到所希望的天线性能和易于加工制造为准则。
二．双曲面直径的选择
1．为了减小双曲面的口面遮挡和由此遮挡所增大的副瓣电平，希望双曲面直径越小越好
2．从双曲面产生的绕射效应考虑，希望双曲面直径不能太小，否则，造成向不需要的空间辐射功率，这样会降低天线的增益，提高天线的杂音温度，一般双曲面直径大于7～8个波长时，其绕射损失较小。因此d/D一般选择在0.08～0.15之间为好。
三．双曲面的离心率的选择
双曲面离心率e大于1，当e趋近于1时，在双曲面顶点附近弯得很厉害，这就造成了在双曲面上产生较大的交叉极化分量，因而希望e大一些；从结构上考虑e小一些，放大率M大，馈源离抛物面顶点近，故希望e小一些，折衷考虑e通常为1.2～1.75之间
四．双反射面类型的选择
在双反射面中，当主反射面为抛物面，次反射面为凹，凸旋转双曲面或平面；当主反射面为平面，次反射面为抛物面；当主反射面为凸的抛物面，次反射面为椭球面时可以得到一系列变形的卡塞格伦天线。当主反射面为抛物面，次反射面为椭圆面时，抗议地格里高伦型天线。选择形式多样。
天线最佳设计的原则
所谓最佳设计，是相对某一个质量指标而言的，如普通抛物面天线而言，当口径场分布是均匀时，增益是最佳的，而副瓣电平或漏失信息就不是最佳的
一．最大增益设计
1．馈源喇叭和主反射面的形状都是矩形
2．对于和波瓣，水平照射和垂直照射都是偶函数，对于差波瓣，一个方向上的照射是偶函数，另一个方向的照射是奇函数
3．天线无损耗
4.  馈源喇叭和主反射面两者的口径大于信号波长

上面两个式子说明：满足最大的差方向图斜率的馈源口径尺寸是满足最大和增益时馈源口径尺寸的两倍，在最大和增益的情况下，主口面边缘馈电电平为－10dB。
二．最大的和增益与差斜率增益之积的设计
假定天线的远场方向图可用高斯型函数逼近，此时，当U＝2.76时，可以得到和增益与差斜率增益之积为最大。
三．最大增益与噪声温度比的设计
当U＝3.14时，直接馈电型抛物面反射器有最大的增益和噪声之比，此时，馈电喇叭方向图的波束角（主瓣零点宽度）近似等于馈源喇叭对主反射面的张角。
四．最小副瓣电平或最小信息漏失的设计
副瓣电平取决于馈源喇叭的波束角与它对主反射面张角之间的关系，当U＝3.14时，副瓣电平或信息漏失取为最小值。

‘和’、‘差’矛盾
古典的单脉冲天线由一个聚焦系统（透镜或反射面）和一个四喇叭馈源组成，这种系统由于不能同时实现‘和’、‘差’最佳（和增益和差斜率），就会出现距离和角度信息之间的矛盾，即‘和差矛盾’，要解决这个矛盾，必须有一个差支路口径二倍于和支路口径的馈源，通常取折衷的方法就是采用‘过’照射或‘欠’照射，其后果是使得距离和角度信息皆受到一定损失。
  一个理想的单脉冲天线，在距离灵敏度和角灵敏度都应该是最大的，而与这两个指标密切相关的两个参量是天线增益和差波瓣斜率，然而古典四喇叭和五喇叭单脉冲天线，在这两个指标上表现出不可调和的矛盾，其原因：提供距离信息的和信号是用四喇叭的四个口接收，而提供‘角信息’的差信号则是用两个口接收，即为和信号波束口径的一半，此时，主反射面边缘照射增强，差波瓣峰值在主反射面边缘附近，从而，产生较大的边瓣，且有几乎一半的功率漏掉，因此差增益损耗很大。该和差矛盾根本的解决办法还是单独地分别控制‘和’、‘差’馈电口径激励时的场分布，其方法一半有：多喇叭法、多模法和多喇叭多模法。
最佳馈源的激励形式
从‘模’的概念出发，对天线做如下假定：
1．馈源与主口径是矩形的
2．每个场的分布均可分解为水平和垂直分布之积
3．和’模在两个主平面的分布是偶函数，而‘差’模的分布在一个主平面上是偶函数，在另一个主平面上是奇函数
4．天线是无损耗的
5．馈源口径和主口径尺寸远大于波长，且主口径远大于馈源口径。
具体计算略

在电磁场理论中，波的电场强度或磁场强度的取向是波的一个重要特征，在有导电表面或有不同介质分界面存在时，电磁波的传播将出现许多特殊现象，这些现象都是与波的极化相关联的。
在一般情况下，电场、磁场的方向都可能随时间变化，为了说明波的电场强度或磁场强度的取向，采用了波的极化概念，所谓波的极化是指电场强度的取向随时间的变化方式，我们用电场强度矢量的端点在空间所描绘出的轨迹来表示波的极化，通常把包含电场强度矢量和传播方向的平面叫做电波的极化平面。
电磁波的极化形式：椭圆极化、线极化，圆极化
椭圆极化波用三个质量指标来衡量即轴比、倾角和旋向
轴比：椭圆的短轴之半与长轴之半的比，即椭圆率
倾角：长轴与底面的夹角β，叫做椭圆的倾角
旋向：观察者沿波的传播方向看去，如果矢量E的旋转方向是逆时针方向则为左旋极化，如果是顺时针则为右旋极化
圆极化是椭圆极化在Ex、Ey振幅相等，相位差90o时的特例
线极化是椭圆极化在Ex、Ey相位差为0时的特例。
在电波传播中，如果电场方向是垂直地面的线极化，称为垂直极化；平行于地面的线极化为水平极化。最后说明几点：
1．一椭圆极化波可分解成相互正交的两个线极化波，反之，两个相互正交的线极化波可以合成一椭圆极化波
2．一椭圆极化波可以分解为两个旋向相反的圆极化波，反之亦然
3．一线极化波可以分解为幅度相同旋向相反的两个圆极化波
4．线极化波、圆极化波是椭圆极化波的特例

圆极化波的性质及其获取方法
一．性质
1．圆极化波的场是等幅旋转场
2．左旋圆极化天线只辐射左旋圆极化波；接收时它只接收左旋圆极化波；右旋圆极化波页只能接收或辐射右旋圆极化波。
3．当圆极化波辐射到一个形状对称而平滑的目标（如反射平面、反射球面等）时，反射波是反旋向的，即左旋变右旋，右旋变左旋。
二．获得圆极化天线的方法
实际上，得到广泛应用的是圆极化波，只要能得到幅度相等，时间和空间都是正交的两个线极化波，则他们的合成场就是一个圆极化波。
1．用一基本的电振子和一个基本的环天线就可以组成一个圆极化天线，振子轴垂直于环面
2．用两个交叉的电振子可以组成圆极化天线
3．用交叉的磁振子可组成圆极化天线
4．螺旋天线
5．圆极化喇叭天线
在微波喇叭天线中，要使得辐射电场在两个正交方向上幅度相等，亦即要使喇叭天线的波瓣E面和H面波束宽度相等，常用下面的方法实现：在正方形喇叭口内加膜片
6．用对角线极化馈电的正方形喇叭
对角线极化馈电的正方形喇叭中的场是旋转对称的，因此在45o，135o，E面和H面波束宽度直到－20dB几乎都相等，所以如果两个正交极化分量进入后，在方位面，俯仰面和±45o平面上波束宽度相等，若两个正交分量相位差90o，则合成后产生圆极化
圆极化天线的应用
使用圆极化天线可以干扰任意的线极化天线，可以侦察地方的线极化天线，用于跟踪自己的空间目标为线极化波时，将不易丢失目标。也可以克服天空中水汽、雨、云、雾对雷达的干扰，从而提高雷达发现目标的能力。这样在晴天使用线极化，雨天使用圆极化可以消除雨的干扰。其也可以用在测量技术中。

极化测量
根据椭圆极化的性质，有三种方法可以用来测量电磁波的极化即
1．极化图法：可以测量电场E的变化
2．线极化分量法：可测量电磁波的两个互相垂直的线极化分量的振幅以及相对相位
3．圆极化分量法：可测定两个反向旋转的圆极化分量的振幅及相对相位。
在这三种方法中，第三种最难达到精确的测量目的，因它需要两个相同的圆极化天线，尤其在宽带工作时，困难更大。其次是必须采用一部线极化天线以确定极化椭圆的倾角。因此一般情况下，都采用前两种方法进行极化测量。对第一种方法，按照测试天线方向图的方法和要求，将被测天线与发射天线架好，发射天线的极化是在360度范围内可变的线极化，信号源与发射天线相连，检波器与指示设备等与被测天线相连，当发射天线的线极化在垂直波的传播方向的平面内做360度的旋转时，可以在指示设备上描述出一个极化图
当发射天线的极化旋转一周时，可以从指示设备上读出最小指示以及最大指示的数值，两者的比值即为椭圆极化波的轴比。当指示设备上出现最大读数时，发射天线的线极化所指方向与地面（水平面）所成的角度即为椭圆极化波的倾角。
通过比较两个旋向相反的圆极化天线所接收到的信号的大小，即可确定被测天线的极化旋向，它的极化旋向是同反应最大的那个圆极化天线的旋向相同。
在圆极化种，极化图变为一个圆，在线极化中，极化图为‘∞’形。

椭圆极化天线的极化损耗
匹配极化：收发天线极化旋转方向相同时的极化
反极化：收发天线极化旋转方向相反时的极化
两个椭圆极化“平行”：轴比γ，倾角β和旋向是相同的
两个椭圆极化“垂直”：轴比γ相同，倾角差180度，旋转方向相反
令：发射天线－轴比γ2，倾角β2
接收天线－轴比γ1，倾角β1
两个天线倾角为β＝β1－β2
将发射天线的椭圆极化波分解为两个椭圆极化波，一个与接收天线的椭圆极化波“平行”，另一个则与其“垂直”，而“平行”的被接收，垂直的不接收。
极化损失系数K：被接收的功率与入射到达接收天线的功率之比

由此可知，当接收天线为线极化时，匹配极化和反极化损失是相同的。
影响单脉冲天线精度的因素很多，总括起来或等效为振幅、相位不平衡和极化差不一致所产生的影响，对幅度单脉冲而言：振幅不平衡影响电漂移，比较器前相位不平衡仅使零深抬高，而比较器以后也存在相位不平衡时，还将影响电漂移。极化差不一致将使零深抬高、电轴漂移。
单脉冲天线中零值深度定义为：差波瓣在零值方向的电压数值与差波瓣在最大方向的电压数值之比。
实践表面，许多波瓣在－10dB以上可以近似的用指数函数来表示

好像就这些了，都是去年看到，很久没看了，估计我又忘记了

自己顶自己的帖子，无耻，○○□O(∩_∩)O

帮你顶一个,不错的东西啊,现在很多雷达都是单脉冲的,跟踪精度很高.

我发现看过的东西，过一段时间我就会忘记了，脑子不行了，莫非老了不成

好东西，学习了
单脉冲天线能否理解为超宽带天线？

没这个说法吧

主要你收集的资料太多，大脑是有限的，不能装太多东西

呵呵，我发的东西，我基本都不怎么看的，只看一些我需要的

晕，我倒是只发我看的东西
怎么差别这么大啊，哎
：18de

我发的东西，也许对别人有用，能帮到一个是一个，不过你也是一样，大家都在坚持着分享的快乐

比较全的资料，以前本科毕业论文做过相关的东西，顶一个

不错的资料，本人从事极轨卫星接收工作多年，天线均为单脉冲天线，4、5喇叭和差模均有，请问，楼主有差模跟踪方面的吗？

同感！！！！！！！！！！！！！

感谢版主，正学习单脉冲雷达方面知识，遇到好多问题，国内这方面的书太少，基本上没有，就见到苏联人写的单脉冲雷达技术，还看不懂，看到雷达手册上关于单脉冲技术的内容全部引用“monopulse principles and techniques”和“monopulse radar”这两本书，但我找了好久也找不到，电子版没有，我们图书馆也没有，想系统看看都没得看！

希望以后能多向版主请教！

学习了，谢谢:11bb :27bb

好东西，学习了，谢谢楼主:31bb :30bb

怎么图片显示不出来啊？

{:7_1235:}

最近正好要用到，谢谢

楼主是个高人，呵呵

最近正在学习这类东西，谢谢了。

恩，支持笔记

最近正在学单脉冲雷达，谢楼主提供

单脉冲雷达天线学习笔记-

不错的资料

看看谢谢了

zhichi!好东西！

最近在看脉冲天线资料。学习了。

好东西呀

what.......

看看呀，谢谢了

感谢分享，很有价值

谢谢分享

正在学习中

不错的资料

总结的不错

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谢谢

谢谢慷慨的楼主

f万一出现空难等突发情况，普通乘客也可和家人通最后一个电话

学习下！！！！！！！！！！！

感谢分享

啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦

楼主是好人啊。

看帖看完了至少要顶一下，还可以加入到淘帖哦！

我来沙发，期待出现

这么好的资料，必须顶贴

单脉冲体制雷达，很经典的雷达！

看看。。。谢谢

单脉冲天线的用途挺多的 对抗中也会用到

十分感谢！很珍贵的资料！！

excellent,thanks!

学习了，谢谢:

单脉冲雷达天线学习笔记

答问题，赚技术分

现在刚好要用上

最近正好要用到，谢谢

正好要用，谢谢楼主

相当不错谢谢分享

强烈支持使劲顶，感谢分享。

不错 不错  很好的笔记

  学习以下呢

fifo1_rd_d1

感谢分享，楼主辛苦