雷达系统 - 雷达天线
在本章中，让我们了解一下天线，它们在雷达通信中很有用。我们可以根据物理结构将雷达天线分为以下两种类型。
- 抛物面反射天线
- 透镜天线
在我们接下来的章节中，我们将详细讨论这两种类型的天线。
抛物面反射天线
抛物面反射天线是微波天线。了解抛物面反射器对于深入了解天线的工作原理至关重要。
工作原理
抛物线只不过是点的轨迹，这些点以这样的方式移动：其到固定点（称为焦点）的距离加上其到直线（称为准线）的距离是常数。
下图显示了抛物面反射器的几何形状。点 F 和 V 分别是焦点（馈电点）和顶点。连接 F 和 V 的线是对称轴。$P_1Q_1, P_2Q_2$ 和 $P_3Q_3$ 是反射光线。直线 L 表示反射点所在的准线（表示它们是共线的）。
如图所示，F 和 L 之间的距离相对于聚焦的波是恒定的。反射波从抛物线形状形成准直波前。焦距与孔径尺寸之比（即 $f/D$ ）称为“f/D 比”。它是抛物面反射器的一个重要参数，其值在0.25 到 0.50之间变化。
反射定律指出入射角和反射角相等。当此定律与抛物线一起使用时，有助于聚焦光束。当抛物线的形状用于反射波的目的时，它表现出抛物线的一些特性，这些特性有助于使用反射波构建天线。
抛物线的特性
以下是抛物线的不同特性：
所有源自焦点的波都反射回抛物线轴。因此，到达孔径的所有波都同相。
由于波是同相的，因此沿抛物线轴的光束将很强且集中。
根据以上几点，抛物面反射器有助于产生高方向性，并具有较窄的波束宽度。
抛物面反射器的构造和工作原理
如果抛物面反射天线用于发射信号，则来自馈电的信号将从偶极子天线或喇叭天线发出，以将波聚焦到抛物线上。这意味着，波从焦点发出并撞击抛物面反射器。现在，如前所述，此波被反射为准直波前，以进行发射。
同一根天线用作接收器。当电磁波撞击抛物线的形状时，波被反射到馈电点。作为接收天线馈电的偶极子天线或喇叭天线接收此信号，将其转换为电信号并将其转发到接收电路。
抛物面的增益是孔径比 $D/\lambda$ 的函数。天线的有效辐射功率(ERP)是馈送到天线的输入功率与其功率增益的乘积。
通常，波导喇叭天线用作抛物面反射天线的馈电辐射器。除了这项技术，我们还有以下两种类型的馈电方式提供给抛物面反射天线。
- 卡塞格伦馈电
- 格里高利馈电
卡塞格伦馈电
在这种类型中，馈电位于抛物面的顶点，这与抛物面反射器不同。一个凸形反射器（充当双曲面）放置在天线馈电的对面。它也被称为次级双曲面反射器或副反射器。它的放置方式是，其焦点之一与抛物线的焦点重合。因此，波被反射两次。
上图显示了卡塞格伦馈电的工作模型。
格里高利馈电
当存在一对特定配置并且当天线尺寸保持固定时馈电波束宽度逐渐增大时，这种类型的馈电称为格里高利馈电。这里，卡塞格伦的凸形双曲面被一个凹形抛物面反射器取代，当然，它的尺寸更小。
这些格里高利馈电型反射器可以通过以下四种方式使用：
使用焦点 F1 处的反射椭圆副反射器的格里高利系统。
使用焦点 F2 处的反射椭圆副反射器的格里高利系统。
使用双曲面副反射器（凸）的卡塞格伦系统。
使用双曲面副反射器（凹，但馈电非常靠近它）的卡塞格伦系统。
在不同类型的反射天线中，简单的抛物面反射器和卡塞格伦馈电抛物面反射器是最常用的。
透镜天线
透镜天线使用曲面进行信号的传输和接收。这些天线由玻璃制成，遵循透镜的会聚和发散特性。透镜天线的使用频率范围从1 GHz开始，但在3 GHz 及以上频率的使用更多。
需要了解透镜才能深入了解透镜天线的工作原理。回想一下，普通玻璃透镜的工作原理是折射。
透镜天线的构造和工作原理
如果假设光源存在于透镜的焦点处，该焦点距透镜为焦距，则光线穿过透镜后在平面波前上变为准直或平行光线。
当光线从透镜的不同侧照射时，会发生两种现象。它们在这里给出：
穿过透镜中心的光线比穿过透镜边缘的光线折射少。所有光线都平行于平面波前发送。透镜的这种现象称为发散。
如果从右侧向左侧发送相同透镜的光束，则相同的过程将反转。然后光束被折射并在称为焦点的点处相遇，该焦点距透镜为焦距。这种现象称为会聚。
下图将帮助我们更好地理解这种现象。
光线图表示从光源到透镜的焦点和焦距。获得的平行光线也称为准直光线。
在上图中，位于焦点处的光源，距透镜为焦距，在平面波前上被准直。这种现象可以反转，这意味着如果从左侧发送光线，则在透镜的右侧会聚。
正是由于这种互易性，透镜可以用作天线，因为相同的现象有助于利用相同的天线进行传输和接收。
为了在较高频率下实现聚焦特性，折射率应小于 1。无论折射率是多少，透镜的目的是使波形变直。基于此，开发了 E 面和 H 面透镜，它们还可以延迟或加速波前。