雷達系統 - 雷達天線
在本章中，讓我們瞭解一下天線，它們在雷達通訊中很有用。我們可以根據物理結構將雷達天線分為以下兩種型別。
- 拋物面反射天線
- 透鏡天線
在我們接下來的章節中，我們將詳細討論這兩種型別的天線。
拋物面反射天線
拋物面反射天線是微波天線。瞭解拋物面反射器對於深入瞭解天線的工作原理至關重要。
工作原理
拋物線只不過是點的軌跡，這些點以這樣的方式移動：其到固定點（稱為焦點）的距離加上其到直線（稱為準線）的距離是常數。
下圖顯示了拋物面反射器的幾何形狀。點 F 和 V 分別是焦點（饋電點）和頂點。連線 F 和 V 的線是對稱軸。$P_1Q_1, P_2Q_2$ 和 $P_3Q_3$ 是反射光線。直線 L 表示反射點所在的準線（表示它們是共線的）。
如圖所示，F 和 L 之間的距離相對於聚焦的波是恆定的。反射波從拋物線形狀形成準直波前。焦距與孔徑尺寸之比（即 $f/D$ ）稱為“f/D 比”。它是拋物面反射器的一個重要引數，其值在0.25 到 0.50之間變化。
反射定律指出入射角和反射角相等。當此定律與拋物線一起使用時，有助於聚焦光束。當拋物線的形狀用於反射波的目的時，它表現出拋物線的一些特性，這些特性有助於使用反射波構建天線。
拋物線的特性
以下是拋物線的不同特性：
所有源自焦點的波都反射回拋物線軸。因此，到達孔徑的所有波都同相。
由於波是同相的，因此沿拋物線軸的光束將很強且集中。
根據以上幾點，拋物面反射器有助於產生高方向性，並具有較窄的波束寬度。
拋物面反射器的構造和工作原理
如果拋物面反射天線用於發射訊號，則來自饋電的訊號將從偶極子天線或喇叭天線發出，以將波聚焦到拋物線上。這意味著，波從焦點發出並撞擊拋物面反射器。現在，如前所述，此波被反射為準直波前，以進行發射。
同一根天線用作接收器。當電磁波撞擊拋物線的形狀時，波被反射到饋電點。作為接收天線饋電的偶極子天線或喇叭天線接收此訊號，將其轉換為電訊號並將其轉發到接收電路。
拋物面的增益是孔徑比 $D/\lambda$ 的函式。天線的有效輻射功率(ERP)是饋送到天線的輸入功率與其功率增益的乘積。
通常，波導喇叭天線用作拋物面反射天線的饋電輻射器。除了這項技術，我們還有以下兩種型別的饋電方式提供給拋物面反射天線。
- 卡塞格倫饋電
- 格里高利饋電
卡塞格倫饋電
在這種型別中，饋電位於拋物面的頂點，這與拋物面反射器不同。一個凸形反射器（充當雙曲面）放置在天線饋電的對面。它也被稱為次級雙曲面反射器或副反射器。它的放置方式是，其焦點之一與拋物線的焦點重合。因此，波被反射兩次。
上圖顯示了卡塞格倫饋電的工作模型。
格里高利饋電
當存在一對特定配置並且當天線尺寸保持固定時饋電波束寬度逐漸增大時，這種型別的饋電稱為格里高利饋電。這裡，卡塞格倫的凸形雙曲面被一個凹形拋物面反射器取代，當然，它的尺寸更小。
這些格里高利饋電型反射器可以透過以下四種方式使用：
使用焦點 F1 處的反射橢圓副反射器的格里高利系統。
使用焦點 F2 處的反射橢圓副反射器的格里高利系統。
使用雙曲面副反射器（凸）的卡塞格倫系統。
使用雙曲面副反射器（凹，但饋電非常靠近它）的卡塞格倫系統。
在不同型別的反射天線中，簡單的拋物面反射器和卡塞格倫饋電拋物面反射器是最常用的。
透鏡天線
透鏡天線使用曲面進行訊號的傳輸和接收。這些天線由玻璃製成，遵循透鏡的會聚和發散特性。透鏡天線的使用頻率範圍從1 GHz開始，但在3 GHz 及以上頻率的使用更多。
需要了解透鏡才能深入瞭解透鏡天線的工作原理。回想一下，普通玻璃透鏡的工作原理是折射。
透鏡天線的構造和工作原理
如果假設光源存在於透鏡的焦點處，該焦點距透鏡為焦距，則光線穿過透鏡後在平面波前上變為準直或平行光線。
當光線從透鏡的不同側照射時，會發生兩種現象。它們在這裡給出：
穿過透鏡中心的光線比穿過透鏡邊緣的光線折射少。所有光線都平行於平面波前傳送。透鏡的這種現象稱為發散。
如果從右側向左側傳送相同透鏡的光束，則相同的過程將反轉。然後光束被折射並在稱為焦點的點處相遇，該焦點距透鏡為焦距。這種現象稱為會聚。
下圖將幫助我們更好地理解這種現象。
光線圖表示從光源到透鏡的焦點和焦距。獲得的平行光線也稱為準直光線。
在上圖中，位於焦點處的光源，距透鏡為焦距，在平面波前上被準直。這種現象可以反轉，這意味著如果從左側傳送光線，則在透鏡的右側會聚。
正是由於這種互易性，透鏡可以用作天線，因為相同的現象有助於利用相同的天線進行傳輸和接收。
為了在較高頻率下實現聚焦特性，折射率應小於 1。無論折射率是多少，透鏡的目的是使波形變直。基於此，開發了 E 面和 H 面透鏡，它們還可以延遲或加速波前。