天线原理与设计—第十二章新型和特殊功能天线

12.1 合成孔径雷达
工作原理：
在距离向（垂直于雷达运动方 向）通过脉冲压缩技术实现空 间分辨率，而在方位向（平行 于雷达运动方向）利用多普勒 效应，通过多个发射脉冲回波 信号的相干处理，在不依靠长 孔径天线的情况下获得高的分 辨率
12.1 合成孔径雷达
合成孔径雷达的天线技术
1）考虑频率
星载SAR： L~X波段
12.1 合成孔径雷达
波导缝隙天线阵
特点：虽然体积、重量和带宽处与劣势，但其非常 低的线阵馈电损耗使之在较高的频段，特别是X波 段甚至更高频段的SAR中，具有明显优势。
12.1合成孔径雷达
合成孔径雷达天线的发展趋势
1）多波段多极化共孔径天线技术 2）超轻型可展开天线技术 3）多通道多相位天线技术
1）扫描范围有限
2）T/R组件
3）高密度电源 4）冷却问题 5）数据处理的能力
2）系统反应速度快
3）具有多波束能力 4）干扰模式灵活 5）有效辐射功率大 6）具有低可观测性
7）可靠性高
8）故障弱化的优势
12.2 相控阵雷达
相控阵雷达分为有源和无源两类。
无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机， 发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵 的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大。 有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接 收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波， 在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷 达具有较大的优势。也使得有源相控阵雷达的造价 昂贵，工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能 上有独特优点，大有取代无源相控阵雷达的趋势。
12.5 超材料天线
应用实例
1. 零相位环形天线
12.5 超材料天线 2. 零折射率结构加 载的高增益渐开缝 隙天线
12.5 超材料天线 3. 宽带低高度平面偶极子天线
12.5 超材料天线 4. 宽带低高度平面蘑菇天线
谢 谢！
十二. 新型和特殊功能天线
12.1 合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR)是一种主动式微波遥感 传感器，优点：
1）对地观测不受光照和气候条件的影响，实现全天 候和全天候对地观测。 2）穿透地表和植被获取地表下信息。 广泛应用于测绘、气象、国土资源勘察、灾害监测 和环境保护、国防、能源、交通、工程等诸多领域。
智能天线优势
1）增加覆盖范围
2）抗衰落 3）抗干扰 4）增加频谱效率和信 道容量
5）增加传输效率
6）动态信道分配 7）实现移动台定位 8）提高通信的安全性
12.4 可重构天线
可重构天线：
是指通过通过其电流或口径场的再分布，来求得天 线电性能的改变。可分为频率可重构、极化可重构 和方向图可重构。
组成原理：
基本结构
1）实现信号空间采样的天线阵； 2）对各阵元输出进行加权合并的波束成型网络； 3）更新合并权值的控制部分。
12.3 智能天线
智能天线类型
1）波束转换智能天线 2）自适应阵列智能天线
(switched beam antenna) (adaptive array antenna)
12.3 智能天线
12.4 可重构天线
辐射结构：
线形：载电流导线、开在平面屏上或波导管壁上的 窄缝隙、沿某折线分布的辐射器系统。
wenku.baidu.com2.4 可重构天线 面形：
12.5 超材料天线
超材料（又称人工电磁材料）：
超材料是通过在材料关键物理尺度上的结构有序 设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出 自然界原有普通物理特性超常材料的技术
12.3 智能天线
智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信
1）DSP技术的发展，智能天线技术开始在移动通信 中应用； 2）移动通信的发展要求蜂窝小区在大容量下仍有高 的话音质量。智能天线可以满足服务质量和扩充 容量的需要。
12.3 智能天线
基本原理
利用数字信号处理技术，判断用户信号到达方向(DOA估计)， 通过选择恰当的合并权值，将天线主波束对准期望用户，低 增益旁瓣或零陷对准干扰信号，达到充分高效利用移动用户 信号并删除或抑制干扰信号的目的。发射时，使期望用户的 接收信号功率最大，同时使非期望用户受到的干扰最小，甚 至为零。
机载SAR： P~Ku波段 2）除了电性能，重量、热稳定性、效率和成本等因 素同等重要。 3）主要天线类型：反射面天线、平面波导缝隙天线 和平面微带天线
12.1 合成孔径雷达
反射面天线
特点：为降低天线的体积、重量、功耗和成本，反 射面天线不失为一个好的选择
12.1 合成孔径雷达
微带天线阵
特点：具有剖面低、体积小、重量轻、便于与有源 器件集成的优势。
4）数字波束形成（DBF）技术
12.2 相控阵雷达
相控阵雷达基本原理
控制阵列天线中的各单元的相位 来得到所需的天线方向图和波束 指向，是波束在一定空域中按预 定规律进行扫描。
机
载有源相控阵--21世纪机载雷达的革命
12.2 相控阵雷达
，最大扫描角为90°～120°。
优势特点：
1）波束可控性强
技术难点：
12.1 合成孔径雷达 传统图像的分辨率由角分辨率乘以传感器至目标 的距离来决定。随着雷达平台高度的增加，其分 辨率下降，对于微波波段，传统方法很难实现。
1951年美国人Carl Wiley第一次提出利用载体的 移动在相位上通过重新组合所有回波从而等效于 形成一副大尺度的天线。 70年代起得到了广泛关注，进入90年代，发展迅 猛。