第6章反射面天线
Helmut E. Schrank
Gary E. Evans
Daniel Davis
6.1 引言
天线的作用
雷达天线的基本作用是实现电磁波的自由空间传播和导波传播之间的转换。发射期间天线的特定功能是将辐射能集中到具有某种形状的定向波束内，以照射指定方向的目标。接收期间天线收集目标反射的回波信号能量并将之送往接收机。因此，在以发射方式和接收方式工作时，雷达天线起到互易的，然而是相互关联的作用。在两种方式或者作用中主要的目的都是要精确确定目标的方向角。为实现此目的，需要有高度定向的（窄的）波束，从而不仅达到所需的角精度，而且能够分辨相互靠得很近的目标。雷达天线的这一重要特性可以定量的用波束宽度来表示，也可以表示为发射增益和有效接收孔径。后两个参量相互成正比，并且与检测距离和角精度有直接关系。许多雷达都设计成工作在微波频率，这时用适当物理尺寸的天线就能获得窄的波束宽度。
以上雷达天线的功能性描述意味着一副天线既用于发射，又用于接收。虽然大多数雷达系统都是这样工作的，但是也有例外，如一些单基地雷达采用收发分离的天线，当然，双基地雷达按定义必定是收发分离的天线。在这一章中，重点介绍较常用的单部天线，特别是广泛使用的反射面天线。相控阵天线的内容参见第7章。
波束扫描与目标跟踪
由于雷达天线一般具有定向波束，大范围的角度覆盖要求窄波束快速往复地在空域内扫描，以保证不论目标在哪个方向上都能探测到。这就是警戒雷达或搜索雷达的功能。有些雷达系统设计成一旦探测到目标便可进行跟踪，这种跟踪功能要求专门设计与警戒雷达天线不同的天线。在某些雷达系统中，特别是在机载雷达中，将天线设计成既具有搜索又有跟踪的功能。
测高
大多数警戒雷达都是二维坐标的，只测定目标的距离和方位坐标。在早期的雷达系统中，另外的测高天线通过机械俯仰摆动来测量第三个坐标，即仰角，由此计算出空中目标的高度。现在设计的3D雷达采用一副天线测量所有三个坐标，例如，一部天线在接收方式工作时在俯仰方向形成多个堆积波束，而在发射方式工作时形成宽覆盖的垂直波束。这些波束在水平方向同样窄，但垂直堆积接收波束可以用两个相邻的交叠波束测量回波振幅来确定目标的仰
雷达手册
21882
角。
天线的分类
雷达天线可以分为两大类，光学天线和阵列天线。顾名思义，光学天线是基于光学原理的，它包含两个子类，即反射面天线和透镜天线。反射面天线仍然广泛应用于雷达中，而透镜天线虽然仍用于一些通信和电子战（EW）场合，但已经不再用于现代雷达系统中。为了减少篇幅，透镜天线将不在本书中详细讨论。但第一版中关于透镜天线的参考资料仍保留在本章末的参考资料中。
6.2 基本原理和参量
本节简述天线的基本原理，着重介绍对雷达系统设计师有用的术语的定义。为了给雷达系统选择最佳类型的天线，系统设计师应该对将要选择的各种类型天线的基本性能特征有清楚的认识[1]，包括反射面天线（在本章讨论）和相控阵天线（在第7章讨论）之间的选择，还有用相控阵列馈电的反射面天线。
虽然本章着重讨论反射面天线，但是本节讨论的许多基本原理适用于所有的天线。对任何天线，必须考虑的三个基本参量包括：
?增益（和有效孔径）
?辐射方向图（包括波束宽度、副瓣）
?阻抗（电压驻波比或VSWR）
其他的基本考虑还有互易性和极化，它们将在本节做简要介绍。
互易性
大多数雷达系统都采用一副天线，既用于发射，又用于接收，而且大部分这样的天线都是互易性设备，其含义是它们的性能参量（增益、方向图、阻抗）在两种工作方式下是一样的。这一互易性原理[2]允许天线既可以看成是发射设备，又可看成是接收设备，由具体讨论时哪个更方便而定。这也允许在任何一种工作方式下测试天线（参见6.10节）。
非互易雷达天线的例子是使用了非互易的铁氧体元件的相控阵天线，收发模块中含放大器的有源阵列天线和3D（距离、方位和仰角）雷达的测高天线。后者的代表是AN/TPS—43雷达[3]，它在接收时采用在仰角上堆积的几个交叠波束，在发射时采用一个宽仰角波束。在水平方向上波束都一样窄。必须分别测试这些非互易天线的发射特性和接收特性。
增益、方向性系数和有效孔径
术语天线增益用来描述一副天线将能量聚集于一个窄的角度范围（方向性波束）的能力。天线增益的两个不同却相关的定义是，方向增益和功率增益。前者通常称做方向性系数，后者常称为增益。清楚地理解两者之间的区别是非常重要的。
方向性系数（方向性增益）定义为最大辐射强度（每立体弧度内的瓦数）与平均辐射强度之比，即
第6章 反射面天线
21892
π
==4/辐射的总功率率每立体弧度内的最大功平均辐射强度最大辐射强度D G （6.1） 也可以用远场距离R 处的最大辐射功率密度（每平方米的瓦数）与同一距离上的平均密度之比表示，即
2max 24/4/R
P P R G t D π=π=辐射的总功率最大辐射功率密度 （6.2） 因此，方向性系数定义就是指，实际的最大辐射功率密度比辐射功率为各向同性分布时的功率密度强多少倍。注意，这个定义不包含天线中的耗散损耗，只与辐射功率的集中有关。
增益（功率增益）包含天线的损耗，并且用天线输入端收到的功率P 0来定义，而不用辐射功率P t ，即
2
0max 24/4/R P P R G π=π=收到的总功率最大辐射功率密度 （6.3） 对于实际的（非理想的）天线，辐射功率P t 等于收到功率P 0乘以天线辐射效率因子η，
0P P t η= （6.4）
例如，若一个典型天线的耗散损耗为1.0 dB ，则79.0=η，即输入功率的79%被辐射。其余部分)1(η-或21%，被转化为热能。对反射面天线，大部分的损耗都发生在连接到馈源的传输线上，并能够做到小于1 d B 。
比较式（6.2）、式（6.3）和式（6.4），求得增益和方向性系数之间有如下的简单关系：
D G G η= （6.5）
因此，除理想无耗天线（η=1.0, G =G D ）外，天线增益总是小于方向性系数。
方向性系数-波束宽度间的近似关系
天线方向性系数与波束宽度间有如下近似的且非常有用的关系（参见2.3节）：
el
az 40000B B G D ≈ （6.6） 式中，B az 和B el 分别为主平面内的方位和俯仰半功率波束宽度（单位为?）。这一关系与方向性系数为46 dB 的1?31?笔形波束等价。由这一基本组合，其他天线的近似方向性系数可以很快求出，例如，与1?32?波束对应的方向性系数是43 dB ，因为波束宽度加倍对应的方向性系数下降3 d B 。类似地，2?32?波束对应40 dB ，1?310°波束对应36 dB 的方向性系数，依次类推。将每次波束宽度的变化都转换成分贝，方向性系数也做相应的调整。但这一关系不适用于赋形（如余割平方）波束。
有效孔径
天线的孔径是它在与主波束方向垂直平面上的投影的实际面积。有效孔径的概念在分析天线工作于接收方式时是很有用的。对面积为A ，工作波长为λ的理想（无耗）、均匀照射孔径，方向性增益为
2/4λA G D π= （6.7）
上式表示孔径A 可提供的最大增益，并意味着天线有理想的同相位、等振幅的分布。
为了减小方向图的副瓣，天线通常并不是均匀照射，而是渐变照射（孔径中心最大，边
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21902 缘较小）的。这时，天线的方向性增益比式（6.7）给出的要小，即
2/4λe D A G π= （6.8）
式中，A e 是天线的有效孔径或捕获面积，等于几何孔径与一个小于1的因子ρa （称为孔径效率）的乘积：
A A a e ρ= （6.9）
最好将孔径效率称为孔径效能，因为它不包括转化为热能的RF 功率，也就是说，它不含耗散效应，而只是给定孔径被利用的有效程度的量度。比如说，孔径效率为50%（ρa =0.5）的天线比均匀照射孔径的增益低3 d B ，但并不是耗散了一半的功率。有效孔径表示一个均匀照射孔径，该孔径比实际的非均匀照射孔径小，但具有相同的增益。有效孔径是一个面积，与入射功率密度相乘后可给出天线的接收功率：
e i r A P P = （6.10）
辐射方向图
电磁能在三维角空间中的分布表示成相对（归一化）基础上的曲线时，称为天线辐射方向图。这种分布可用各种方式绘制成曲线，如极坐标或直角坐标、电压强度或功率密度、单位立体角内功率（辐射强度）等。图6.1所示为典型的圆孔径天线的方向图，该图将等距离上的对数功率密度（垂直坐标用分贝计）与方位角和俯仰角的关系绘制在直角坐标系中。方向图的主瓣（或主波束）是笔形波束（圆截面），四周是较小的瓣，通常称为副瓣。角坐标的原点取在主瓣峰值方向，通常称为天线的电基准轴。
电基准轴可与天线的机械轴（即对称轴，有时称为视轴）重合，也可以不重合。若两者不重合（常常是无意的），其角度差称为视轴误差，在测量目标方向时必须考虑这种误差。
图6.1（a ）所示为天线方向图的三维特性，以这种形式绘制方向图需要大量的数据。同样的数据也能够绘制成等功率电平轮廓线图，如图6.1（c ）所示。这些轮廓线图是一系列水平面与三维方向图在不同的功率电平处的交线，对显示功率的角空间分布是很有用的。
在大多数情况下，用二维方向图就足够了，且测量和绘制起来比较方便。例如，如果将图6.1（a ）的方向图与通过波束峰值和0?方位的垂直面相截，则得到方向图的二维切片或“切割”，称为主平面垂直方向图，如图6.1（b ）所示。用与第一个平面垂直或正交的平面（含峰值和0?仰角）做类似的切割，得到所谓的方位方向图，它也是一个主平面截面，因为其中包含波束峰值，也包含一个角坐标轴。
这些主平面有时也称为基本平面。其他通过波束峰值的所有垂直平面则称为基本间平面。为了描述天线的方向性能，有时需要测量和绘制±45?基本间平面内的方向图，然而对于大多数情形只需绘制方位和俯仰方向图就足够了，或者说用两个包含波束轴的平面切割对三维方向图采样就足够了（且经济得多）。
术语方位和俯仰意味着以地面为参考坐标，这并不总是可行的，尤其是对机载或天基（星基）系统。通常，天线的更通用的一对主平面是线性极化天线的所谓E 面和H 面。其中，E 面方向图是包含天线辐射的E 场（电矢量）方向的主平面，由于H 面与之正交，故包含H 场（磁矢量）方向。这两个主平面不依赖基于地面的方向（如方位和俯仰），故被广泛应用。
第6章反射面天线21912
图6.1 典型的笔形波束方向图：
（a）整个方向图的三维直角坐标曲面图；（b）主平面垂直方向图；
（c）等强度（等照射）线（由美国海军研究实验室的D. Dhoward提供）
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21922 应该注意的是，对三维方向图的采样不限于上述平面切割。从测量技术的观点看，有时取锥形切割是有意义且方便的，也就是用以天线的电轴（或机械轴）为中心取不同角宽度的角锥来截三维方向图。
图6.1（b ）中所示的典型的二维方向图常常绘制在直角坐标系中，垂直轴用分贝表示。至今，这是绘制方向图时最广泛采用的形式，因为它清楚地提供方向图的细节，并具有很宽的电平动态范围。但是，也有用其他形式的，如图6.2所示。图中示出同一(sin x )/x 方向图的4种形式：（a ）相对电压（强度）的极坐标曲线；（b ）电压的直角坐标曲线；（c ）相对功率（密度）的直角坐标曲线；（d ）对数功率（用分贝表示）的直角坐标曲线。图6.2（a ）、（b ）和（c ）中的线性电压和功率刻度不适合显示方向图中的低电平细节，而图6.2（d ）便于“看清”整个方向图。当然，极坐标方向图也能够在径向用分贝绘制，但是，低电平细节被压缩在方向图的中心附近使可视性很差。图6.2说明常采用直角坐标分贝方向图的原因。 波束宽度
天线方向图的主要特征之一是主瓣的波束宽度，即它的角宽度。由于主瓣是连续函数，它的宽度从峰值到零点（或最小点）是不一样的。最频繁使用的是半功率波束宽度（HPBW ），在图6.2（a ）和（b ）中，它出现在0.707相对电压处，在图6.2（c ）中出现在0.5相对功率处，在图6.2（d ）中的3 dB 处。有时也要规定或测量其他的波束宽度，如十分之一功率（10 dB ）波束宽度或零点间波束宽度。但如果没有特殊说明，简单的术语波束宽度即指半功率（3 dB ）波束宽度。半功率波束宽度也常用做天线的分辨力的量度，因此，如果等距离处的两个目标能够通过半功率波束宽度分开，就说明这两个目标在角度上是可以分辨的。
天线的波束宽度与天线孔径的大小有关，也与孔径上的振幅和相位分布有关。对给定的分布，波束宽度（对特定的平面切割）与用波长表示的该平面内的孔径尺寸成反比，即半功率波束宽度可表示为
D K D K /)//(HPBW λλ== （6.11）
式中，D 为孔径的尺寸；λ为自由空间的波长；K 是被称为波束宽度因子的比例常数。每一振幅分布（假定为线性相位分布）都有其相应的波束宽度因子，它既可用弧度，也可用度来表示。
副瓣
主瓣（主波束）区域以外，天线辐射方向图常常由大量较小的波瓣组成，其中靠近主波束的那些是副瓣。然而，通常的做法是将所有较小的波瓣统称为副瓣，其中靠近主波束的称为头几个副瓣。偏离主瓣180?左右的较小的波瓣称为背瓣。
雷达系统的问题可能源于副瓣。发射方式时，副瓣表示辐射功率的浪费，也就是辐射照射到其他方向而不是预期的主波束方向；接收方式时，它们使能量从不希望的方向进入系统。例如，探测低空飞行目标的雷达能够通过副瓣接收到很强的地物回波（杂波），它能够掩盖低RCS 目标通过主瓣进入的弱回波，同时，来自友方源的无意干扰信号（电磁干扰或EMI ）和/或来自非友方源的有意干扰能够通过副瓣进入。因此，常常（但并不总是）将雷达天线的副瓣设计得尽可能低（兼顾其他需要考虑的因素），以便使上述问题最小。（注意：存在不需要使副瓣尽可能小的系统，例如，为了使主瓣杂波或干扰尽可能小，系统容许其天线副瓣稍高一
第6章反射面天线21932些，以获得最窄的主瓣零功率宽度。）
图6.2 同一(sin x)/x方向图的各种表示形式
为了获得低副瓣，天线孔径的振幅分布必须设计成渐变的。对给定的天线增益，这意味着必须采用较大的天线孔径。反之，对给定的天线尺寸，较低的副瓣意味着较低的增益和相应较宽的波束宽度。考虑副瓣、增益和波束宽度间的最佳折中（权衡）对选择或设计雷达天线是重要的。第7章的图7.23为Taylor最佳振幅分布[4][5]时的这种权衡关系。Taylor振幅分布广泛用于雷达天线的副瓣抑制。一组曲线是对矩形（线性）孔径的，另一组是对圆Taylor 分布的。
天线方向图的副瓣电平可以用几种方法表述。最通用的表述是相对副瓣电平，它定义为最大副瓣峰值电平与主瓣峰值电平之比。例如，“-30dB副瓣电平”是指用强度（辐射功率
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密度）表示时最大副瓣的峰值是主瓣峰值的千分之一（10-3或-30d B）。副瓣电平也能用相对于各向同性天线的绝对电平来定量表示。在上例中，如果天线增益是35dB，-30dB相对副瓣的绝对电平是+5dBi，即高于各向同性天线5dB。对某些雷达系统，单个副瓣的峰值电平不如所有副瓣的平均电平重要。特别是诸如机载预警与控制系统（AW ACS，用于E—3A）的机载“下视”雷达，它要求非常低的（超低）平均副瓣以抑制地杂波。平均副瓣是一种功率平均（有时称为rms电平），通过对主瓣以外的所有副瓣的功率求积分，再表示成相对于各向同性天线的分贝值（dBi）而得到。例如，如果辐射功率的90%在主波瓣中，则10%在所有的副瓣中，这对应于-10d Bi的平均副瓣电平。如果主瓣中包括了辐射功率的99%，则平均副瓣电平是0.01或-20dBi。超低平均副瓣电平定义为低于-20dBi，通过仔细的设计和加工已被实现。
描述副瓣电平的另一种方法（不常用，但有时很有意义）是采用中值电平，意义是有一半角空间的副瓣电平高于该电平值，另一半低于该电平值。
极化
天线的极化方向定义为电场（E场）矢量的方向。许多现有雷达的天线是线极化的，常常为垂直极化或水平极化；虽然这些表示隐含以地面为参考，但对机载或卫星天线也很常用。
一些雷达使用圆极化，以便探测雨中的飞机等目标。在这种情形下，任一固定观察点的E场的方向随时间而变化，在与传播方向垂直的固定平面内每RF周期描绘的轨迹是一个圆。圆极化（CP）有两种可能的情况，右旋圆极化（RHCP）和左旋圆极化（LHCP）。对于RHCP，电矢量相对于波离开观察点行进的方向呈顺时针方向旋转，而LHCP则按逆时针方向旋转。RHCP和LHCP的这些定义能够用手说明：拇指指向传播方向，四指所握的方向即为E矢量旋转的方向。由于互易性，设计成以某特定极化方式辐射的天线也能接收同样的极化。
最一般的极化是椭圆极化（EP），它可看成是不完全的CP，其E场的轨迹是椭圆，而不是圆。Kraus的著作[6][7]深入浅出地讨论了极化。
还有一点对雷达天线很重要，即不仅要考虑辐射或接收什么极化，还要考虑极化纯不纯。例如，精心设计的垂直极化天线也可能在某些方向（通常在偏离主波束的方向）辐射少量的与之正交的水平极化。类似地，设计为RHCP的天线也辐射某些LHCP，它与RHCP 在数学上是正交的。所希望的极化称为主极化（COPOL），而不希望的极化则称为交叉极化（CROSSPOL）。极化纯度在副瓣区与主瓣区一样重要。某些具有低COPOL副瓣的天线，如果设计不适当，就可能具有较高的CROSSPOL副瓣，这将引起杂波或干扰问题。一副精心设计的天线，在主瓣区其CROSSPOL分量比COPOL至少低20dB，在副瓣区则低5～10 dB。靠近天线的反射面，如飞机的螺旋桨或舰船的上层结构，能够影响天线的极化纯度，故应该抑制（控制）其影响。
6.3 天线的类型
反射面天线有各种各样的形状，相应地，照射表面的馈源也是各种各样，每种都用于特
第6章反射面天线21952
定的场合。图6.3所示为最常用的几种，以后几节将详细论述。图6.3（a）中的抛物面天线将焦点处的馈源的辐射聚焦成笔形波束，从而获得高的增益和小的波束宽度。图6.3（b）中的抛物柱面天线在一个平面实现平行校正，但在另一平面允许使用线性阵列，从而使该平面内的波束能够赋形或可灵活控制。使波束在一个平面内赋形的另一方法示于图6.3（c），图中的表面不再是抛物面。这是一种较简单的结构，但由于孔径上只有波的相位变化，对波束形状的控制不如既可调整线性阵列的振幅又可调整其相位的抛物柱面灵活。
图6.3 反射面天线的常用类型：（a）抛物面天线；（b）抛物柱面天线；（c）赋形天线；
（d）堆积波束天线；（e）单脉冲天线；（f）卡塞格伦天线；（g）透镜天线
雷达设计师常常需要多个波束来实现空域覆盖或角度测量。图6.3（d）示出多个不同位置馈源产生的一组不同角度的二次波束。对增加馈源的两条限制是，它们离开焦点愈远，散焦愈严重，而且对孔径的遮挡增大。更常见的多波束设计是图6.3（e）所示的单脉冲天线，顾名思义，它是用单个脉冲来确定角度的。在该例中，第二个波束通常是差波束，它的零点正好在第一个波束的峰值处。
典型的多反射体系统是图6.3（f）中的卡塞格伦天线，它通过一次波束的赋形提供多一个自由度，并使馈源系统方便地置于主反射体的后面。图示的对称配置存在明显的遮挡，但使用偏置配置预期能够实现更好的性能。
透镜天线（如图6.3（g）所示）不像它们以往那样流行，主要是由于相控阵天线可提供透镜天线曾经提供过的众多功能。透镜主要是能避免遮挡，而遮挡在有大尺寸馈源系统的反射面天线中可能是不允许的。各种类型的透镜均已被研究过[8]～[13]。
在现代天线设计中，这些基本类型的组合和变形被广泛应用，既是为了减少损耗和副瓣，又是为了提供特定的波束形状和位置。
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21962 抛物反射面天线
抛物反射面天线的原理和设计参见其他文献[2]～
[4][14][15]。它的基本几何关系如图6.4（a ）所示。假定导体抛物反射面的焦距为f ，焦点F 处有一个馈源。由几何光学原理可以证明，从F 入射到反射面的球面波经反射后变成沿+z 方向传播的平面波，如图6.4（b ）所示。
图6.4 抛物反射体的几何表示：（a ）几何关系（b ）工作特性
分析中两种有用的坐标系如图6.4（a ）所示。在直角坐标系(x ,y ,z )中，顶点在原点(0，0，0)的抛物面方程为
f y x z 4/)(22+= （6.12）
在馈源为原点的球坐标系(ρ,ψ,ξ )中，抛物面方程为
2
sec 2
ψρf = （6.13） 这种坐标系对设计馈源方向图是有用的，例如，馈源至反射体边缘的张角可用下式求出： f D 4/2
tan
0=ψ （6.14） 图6.5中将孔径角2ψ0绘制成f /D 的函数。具有较长焦距的反射体较平坦，引起的极化畸变和偏轴波束畸变最小，它要求一次波束最窄，从而要求馈源最大。例如，f /D =1.0的反射体要求的喇叭口尺寸近似为f /D =0.25的反射面要求的4倍。大多数反射体的焦距f 都选在它的直径D 的0.25～0.5倍之间。
当设计馈源以特定的渐变方式照射反射体时，必须考虑至表面的距离ρ，因为球面波的功率密度是以1/ρ2下降的。由馈源方向图及这一“空间锥削”的乘积可知，反射面边缘的电平低于反射体中心的，它的空间锥削用分贝表示为
22
)/4(1)/4(lg 20)dB (D f D f +=空间锥削 （6.15） 式（6.15）的关系如图6.6所示，它表明有意义的贡献出现在较小的焦距处。在低副瓣应用中，振幅的衰减可与馈源方向图结合使用，以便获得特定形状的孔径边缘分布。
第6章反射面天线21972
图6.5 抛物反射面边缘的张角
图6.6 来自馈源的球面波的扩展所产生的边缘衰减（空间损耗）
虽然反射面通常被画成圆，并被位于中心点的馈源圆对称照射，但也采用各种别的形状，如图6.7所示。通常对水平和垂直波束宽度的要求是不同的，从而要求如图6.7（b）中的“橘瓣形”或椭圆形反射面。
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21982
一旦副瓣电平减小到使馈源遮挡不可忍受的程度，就有必要采用偏置馈电（如图6.7（c）所示）。即焦轴不再与反射面相交，但馈源依然处于所用的反射面部分的焦点处。考虑到馈源至圆盘离馈源较远的边沿有较大的空间衰减，偏置抛物面的馈源必须对准所用反射面的面积中心之外，结果形成非对称照射。
图6.7 抛物反射面天线的外形轮廓：（a）圆；（b）椭圆；（c）偏置馈源；
（d）斜拐角；（e）方形拐角；（f）阶梯拐角
大多数抛物反射面具有圆拐角或斜拐角（如图 6.7（d）所示），以减小面积，特别是使需要转动的天线减小转矩。所去掉的面积照射很弱，因此对增益的影响很小。然而，圆和椭圆外形将使主平面外的所有角度均存在副瓣。如果指定的低副瓣不在主平面内，可能就有必要保持方形拐角，如图6.7（e）所示。
抛物面天线至今仍然是许多雷达天线的基本形式，因为借助于最简单和最小的馈源，它可提供最大的有效增益和最小的波束宽度。
抛物柱面天线[2] [16] [17]
在通常情况下，俯仰或方位波束中有一个需可控或赋形，而另一个则不要。由线源馈电的抛物柱面反射面能够以最适当的代价实现这一灵活性。可以设想线源馈电的多种形式，从平行平板透镜到缝隙波导，乃至采用标准设计的相控阵[2]～[4]。
甚至在两个方向图均为固定形状的场合也用到抛物柱面天线，AN/TPS—63（如图6.8所示）就是一例，其中俯仰波束形状在水平面方向必须为陡峭的裙形，以便能工作在低仰角而不受地面反射的影响。垂直阵列能够比等高度的赋形抛物面产生更陡峭的裙形，因为赋形抛物面将其高度的一部分用于高仰角覆盖。这种阵列将高波束和低波束叠加在公用孔径上，从而使每一波束能利用全部高度。
基本的抛物柱面如图6.9所示，图中反射面的轮廓线是
z4/2
=（6.16）
y
f
馈源在焦线FF′上，反射面上的点相对于馈源中心的位置为x和ρ=f sec2(ψ/2)。除空间衰
第6章反射面天线21992
减外，抛物面的许多准则都能用于抛物柱面。由于馈源的能量发散到柱面，而不是到球面上，功率密度随ρ下降，而不是随ρ2下降。因此，式（6.15）的空间衰减用分贝表示时会减半。
图6.8 AN/TPS—63雷达的抛物柱面天线（原西屋电气公司提供）
抛物柱面的高度或长度必须与线性馈源阵的有限波束宽度、形状和扫描角相适应。正如图6.9所示，在与侧射面的夹角为θ处，一次波束在距顶点f tanθ处与反射面相交。因为来自受控线源的一次波束的峰值落在一个圆锥上，使之与反射体顶部的左右拐角的相应交线更远，即在f sec2(ψ0/2)tanθ处。基于这一原因，抛物柱面的拐角实际上很少是圆的。
如果抛物柱面对称，则受到的遮挡很大，因此常常制成偏置的。然而，适当设计的多单元偏置线源馈电的柱面能够具有优良的性能（如图6.10所示）[18]。这种设计的变形反射体的轴线是水平的，并由线阵馈电，以便获得低副瓣的方位方向图，而在高度上被赋形以满足俯仰覆盖。这是一种经济的替代完全的二维阵列的设计。
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22002
图6.9 抛物柱体：（a）几何形状；（b）形状延展
图6.10 用于测试低副瓣抛物柱面的盒状结构及所测方向图
（罗姆航空发展中心Ronald Fante提供）
第6章反射面天线22012赋形反射体
由于种种原因，需要具有指定形状的扇形波束。最常见的需求是俯仰波束能提供等高度覆盖。如果忽略一些次要的因素，并且发射和接收波束相同，功率方向图与csc2θ成正比能够做到这一点，这里θ为仰角[2][19]。实际上，这一众所周知的余割平方方向图已经被一种类似然而更特殊的形状，即拟合了地球曲率并考虑了灵敏度时间控制（STC）的形状所取代。
给波束赋形的最简单的方法是给反射面赋形，如图6.11所示。反射面的每一部分指向一个不同的方向，且在几何光学的适用范围内，该角度处的振幅是来自馈源的在这一部分上的功率密度积分和。Silver[2]用图形说明了确定余割平方波束轮廊线的过程。然而，利用现代计算机能够通过对被反射的一次波束直接求积分而精确地逼近任意的波束形状。这样做时，设计师可使近似达到任何所需的精度。特别是能考虑一次波束的方位渐变，对准仰角θ的那扇反射体能在方位面聚焦，以及从仰角θ看去能有适当的外形等（如图6.12所示）。没有这些防范措施，偏轴副瓣就会由香蕉形扇面产生。
图6.11 反射面的赋形
图6.12 三维赋形反射面天线的设计
大多数赋形反射面都利用赋形使馈源置于二次波束之外。图6.13显示，即使馈源看来对着反射面，遮挡实际上也是可以消除的。
ASR—9（如图6.14所示）是用这些过程设计的赋形反射面天线的代表。俯仰赋形、方位裙形波束和副瓣都由计算机辅助设计过程密切控制。
赋形反射面的局限性使孔径的相当大部分没有用于形成主波束。如果馈源方向图是对称的，且功率的一半指向宽角，则主波束将只利用孔径的一半，从而有两倍的波束宽度。这只
雷达手册
22022
用于相位形成阵列方向图。但如果要形成尖锐的裙形方向图，可能会导致严重的问题。通过增加馈源可以避免此类问题。
图6.13 遮挡的消除
图6.14 ASR—9雷达的具有偏置馈源的赋形反射面天线
和安装在其顶部的空中交通管制信标系统（A TCRBS）的阵列天线
（原西屋电气公司提供）
多波束和增加馈源[19]～[21]
抛物面焦点处的馈源将形成与焦轴平行的波束。偏离焦点的附加馈源则形成与焦轴呈一定角度的附加波束。这是反射面天线的一种强有力的能力，即通过适当增加硬件可以延伸覆盖范围。每一附加波束几乎都能够具有全增益，并且相邻波束能通过相互比较获取角度信息。
馈源在焦点上时抛物面才能将球面波反射成平面波。馈源偏离焦点时则有相位的畸变，这将随以波束宽度表示的中角位移的增大而增大，随焦距的增大而减小。图6.15示出当馈源偏轴移动时这一畸变对典型的碟形天线方向图的影响。具有长焦距的平碟形有最小的相位畸变。随着馈源的移动而不断减少照射的反射面部分可实现同样的目的。
第6章反射面天线22032
图6.15 偏轴馈源的方向图
设计增加馈源的天线时两种二次效应有重大影响。如偏轴馈源平行于焦轴移动，则最小畸变区域沿反射体横向移动。同时，如反射面是旋转抛物面，则正交面（通常是方位平面）内的聚焦会改变。已经发现，对位于偏置馈源正前面的反射体区域，通过持续从焦平面向后移动，两个平面都可得到改善，这一点清楚地表示在图6.16所示的AN/TPS—43天线的侧视图中。若仔细审视馈源可以看出，随着馈源的偏轴逐渐变大，在保持偏焦波束的个数几乎不变的情况下，所形成的俯仰波束逐渐变宽。当雷达覆盖范围在宽仰角上可降低距离要求时，这常常是可能做到的。
为了某些目的，增加的馈源根本不在焦平面附近。若用反射面来收集某一角度范围的平行射线并研究汇聚射线的路径（如图6.17所示），显然可以找到能够截获大部分能量的区域。因而处在被适当相位和振幅激励的区域内时，馈源阵能够在任一角度有效地形成波束。这一能力已经用在各种系统中，作为在有限的扇区内形成灵活波束的一种方法，也作为波束赋形和形成极低副瓣照射功能的一种方法。这类天线的一种如图6.18所示。
雷达手册
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图6.16 AN/TPS—43雷达的多波束天线（原西屋电气公司提供）
图6.17 偏离焦平面的增加的馈源：（a）几何关系；（b）馈源细节
第6章反射面天线22052
图6.18 采用增加馈源方法的低副瓣反射面天线（原西屋电气公司提供）
单脉冲馈源[22]～[25]
单脉冲是多波束天线最常见的形式，通常用于跟踪系统。在该系统中可移动天线使目标保持在零点附近，并实现机械测角。警戒系统与之相反，是采用交叠波束，并根据RF差数据测角。
有两种基本的单脉冲系统——比相和比幅，如图6.19所示。比幅系统在雷达天线中要流行得多，它运用两个馈源输出之和形成高增益、低副瓣波束，运用两个馈源输出之差在视线上形成精确的深零点。和波束既用于发射，也用于接收以探测目标，差波束用于测角。常常是既有方位差波束，也有俯仰差波束。
图6.19 单脉冲天线：（a）比相；（b）比幅
雷达手册
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如果反射面被四单元的馈源组合照射，在和波束的高效率和差波束的高斜率的总目标之间会存在冲突。前者要求喇叭口的总尺寸小，后者要求单个喇叭口的尺寸大（如图6.20所示）。已经有许多方法解决这一问题，以及相关的差波束高副瓣问题。在每种情形下都安装用不同的单元组合的比较器来获得和波束和差波束。在某些情况下，使用两个模式以和激励方式工作的超大尺寸馈源可以实现这一目的。Hannan[24]已将几种配置的结果综合列于表6.1。
表6.1 单脉冲馈源喇叭的性能
图6.20 和差喇叭设计中相互冲突的渐变要求（所示为H面）
多反射面天线[26]～[31]
抛物反射面的某些缺点可以通过增加次反射面来克服。附加反射面的外形决定主反射面上的功率将如何分布，并进而提供孔径上的振幅和相位控制。这能够用于产生非常低的漏能，或者产生特定的低副瓣分布。次反射面也可用于把馈源异地使它靠近信号源或接收机。通过合理地选择形状，视在焦距可以被拉长以方便馈源尺寸的选取，这对单脉冲工作有时是必要的。
卡塞格伦天线（如图6.21所示）来源于望远镜的设计，是最普通的采用多反射面的天线。馈源照射双曲面子反射面，反射后再照射抛物面主反射面。馈源置于双曲面的一个焦点处，
雷达天线 雷达用来辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备。雷达在发射时须把能量集中辐射到需要照射的方向；而在接收时又尽可能只接收探测方向的回波，同时分辨出目标的方位和仰角，或二者之一。雷达测量目标位置的三个坐标（方位、仰角和距离）中，有两个坐标（方位和仰角）的测量与天线的性能直接有关。因此，天线性能对于雷达设备比对于其他电子设备(如通信设备等)更为重要。 主要参量雷达天线的主要参量有方向图、增益和有效面积。 方向图雷达天线具有一定形状的波束。由于波束是立体的，常用水平截面的波束形状(即水平方向图)和垂直截面的波束形状（即垂直方向图）描述。方向图呈花瓣状，故又称波瓣图(图1)。常规方向图只有一个主瓣和多个副瓣。副瓣电平通常低于主瓣20分贝以上，这样才可能用主瓣来分辨目标的方位和仰角。主瓣半功率点（0.707场强点）间的宽度称为波束宽度。 增益雷达天线在最大辐射方向所辐射的功率与一假想的各向均匀辐射的天线在同一方向辐射的功率之比(其条件为两天线输入的功率相同)。增益G 表示雷达天线在发射时聚束的能力。
有效面积雷达天线接收到的信号功率与来自最大辐射方向的信号的功率密度之比，即天线接收到的信号功率Pr=S×Ae。式中S为信号功率密度；Ae为天线有效面积，表示雷达天线在接收时捕获空中信号的能力。由互易定理可证明G＝4πAe/λ2，式中λ为信号波长。 对一定形式的天线，天线有效面积Ae与实际几何面积A 成正比，即Ae=ηA。式中η为利用系数，一般小于1。 雷达天线设计的主要问题是：①提高天线增益和有效面积,以加大雷达探测距离；②压低天线副瓣电平,以减小测向模糊和提高抗干扰能力；③提高波束扫描速率，以便能同时观察多个目标;④展宽天线系统工作频带,以提高反有源干扰的能力；⑤采用多种技术提高测角精度。 搜索雷达天线搜索雷达又称警戒雷达，用于及时发现远距离目标。搜索雷达天线相当大，面积一般为数十至数百平方米。探测距离达几千公里的预警雷达的天线面积可达几千或几万平方米。这种天线有窄的水平波束（一度至十几度），借以得到一定的方位分辨力；有较宽的垂直波束，以得到较大的仰角覆盖(一般为30°～40°)。搜索雷达有两种典型的天线：阵列天线和反射面天线。阵列天线第二次世界大战初期的警戒雷达多工作在几十至几百兆赫的较低频率上，多采用阵列天线。这种阵列天线由一些辐射单元（半波振子、全波振子或八木天线等）按一定间距（半波长到1～2个波长）排在一平面内，并按一定分布馈
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。
自适应阵列天线 自适应阵列天线（如图9.3所示）是N 个天线的集合，天线的输出送到加权求和网络，加权值随信号自动调整以减少不需要信号的影响，并增大求和网络输出中所需的信号。输出 信号z 经包络检波并与合适门限α 相比较以发现有用的信号[28][34]～[40]。自适应阵列天线是前 面章节中描述的SLC 系统概念的推广。我们首先考虑干扰对消及目标增强的基础理论，然后把注意力集中在使用自适应阵列天线来获得超分辨能力，以便有助于ECCM 。自适应阵列天 线的实现与数字波束形成技术有着越来越紧密的联系[41]～[43]。 干扰对消与目标信号增强 早在20世纪70年代初期，自适应阵列天线原理就得到非常精确的数学描述[40]。最佳权矢量的表达式给出基本的结果。 *1?S M W -=μ （9.6） 式中，)(T *V V M E =是阵列天线所接收的V （噪声加干扰）的N 维协方差矩阵；S 是N 维矢量，它包含某个方向来的目标信号的采样。可以看出，式（9.6）和SLC 的方程式（9.3）之间的相似性。 相比于SLC ，自适应阵列天线技术有在消除杂波、箔条和干扰时增强目标信号的能力。自适应系统以最佳模式分配其自由度（即阵列的每个天线接收的脉冲串）以达到上述目的。 图9.3 自适应阵列方案 自适应阵列基本理论的推广包括：（1）目标模型S 未知，而不是在式（9.6）中假设已知的。（2）除空间滤波外，还采用了多普勒滤波来消除杂波和箔条。（3）雷达平台如在舰载或机载应用中是移动的。
第9章 电子反干扰（ECCM ） ·359· 式（9.6）的最佳滤波的检测概率为[40] )/1ln(2,(*1T FA D P Q P S M S -= （9.7） 式中，Q (·,·)是Marcum Q 函数，P F A 是预先设定的虚警概率。可以证明，式（9.6）中的权矢量提供最大的改善因子I f ，它由下式定义： 输入端信干功率比 输出端信干功率比=f I （9.8） 输入端信干功率比(SNR)I （相对于单个回波脉冲）在天线的输入端测量。对应于式（9.6）中最佳权矢量的I f 值为[40] I * 1T )SNR (S M S -=f I （9.9） I f 比SLC 所采用的对消比更能代表自适应阵列的性能。事实上，自适应阵列中在消除干扰的同时使有用信号得到积累。 自适应天线的实现仅局限于一些实验系统，为了便于用计算机进行矩阵求逆，转换它们只使用了有限的少数（大约为10个）天线 [44][45] 。具有大量接收单元的阵列需做某些形式处理上的简化。一种部分自适应的方法是使用子阵，自适应处理器的输入来自子阵。必须合理地选择子阵以避免栅瓣 [46][47] 。 全自适应阵列的其他简化形式有确定性空间滤波及仅用相位置零技术。前者降低干扰可能到来的方向或立体角的副瓣电平，例如零度仰角及相邻区域是干扰最有可能出现的位置，因为干扰机通常是地基的或者距离很远。权矢量可离线求得，通过假设一个已知协方差矩阵M 并存入存储器，那里有一权矢量“菜单”，供操纵员或自动判决系统使用[48]。因为把移相器作为波束控制系统的一部分已经实现，所以相位置零技术有吸引力。如果相同的移相器可以同时用于波束控制和自适应干扰置零，则昂贵的改型就不必要了。可是，相位置零合成带来分析和计算上的困难，当单元权矢量的幅度和相位都可随意变动时，就不存在上述问 题[49][50]。尽管如此，试验性的系统已获得成功 [51]～[53] 。 超分辨 普通天线的分辨力受限于众所周知的瑞利准则，即两个在角度上分开不小于0.8λ/L （以弧度计）的等幅噪声源才可以被分辨，其中λ 代表波长，L 是孔径长度。当入射波的信号-热噪声之比较大时，自适应阵列天线可获得一个极窄的自适应波束宽度来获得较好的方向估计。对于ECCM 来说，这是非常重要的， 因为可以获得非常精确的干扰机选通信号，同时有可能测量干扰源强度及得到无副瓣的空间谱方向图。对干扰机的角度估计可用来在干扰机方向形成波束，并作为自适应干扰抑制的辅助通道[54]。干扰方向也可用做确定波束置零，特别是主波束置零[55]。除干扰源方向及干扰源强度外，该技术还可以提供其他信息，如干扰源数目及它们之间的互相关性，这些信息可以用来跟踪及分类干扰源，以便更好地对其作出反应。 W. F. Gabriel 提出并分析了超分辨概念[56]，他和其他后来学者描述了几种不同的方位估 计的方法[39][57]～[59]。其一是最大熵法（MEM ）。该方法适用于除了信号所在方位外具有全方 位接收方向图的Howells-Applebaun 自适应波束形成器。接收方向图中的零点指出了信号的存在。因为零点总比天线波瓣尖锐，所以用自适应波瓣可以更精确地测定信号方位，这也就
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达 FRED M. STAUDAHER 16.1 采用AMTI技术的系统 机载搜索雷达最初是为远程侦察机探测舰艇研制的。第二次世界大战后期，美海军研制了几种机载预警（AEW）雷达，用来探测从舰艇雷达天线威力区之下飞近特遣舰队的低空飞机。在增大对空和对海面目标的最大检测距离方面，机载雷达的优点是显而易见的，只要了解下述情况就很清楚了，高度为100ft的天线桅杆，其雷达视线距离只有12n mile，而与其相比，飞机高度为10 000ft时，雷达视线距离则为123n mile。 神风突击队袭击造成多艘哨舰的损失引起了机载自主探测与控制站的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界巡逻机。 E—2C航空母舰舰载飞机（如图16.1所示）使用机载预警雷达作为其机载战术数据系统中的主要传感器。这种雷达的视界很宽，用于检测海杂波和地杂波背景中的小飞机目标。由于其首要的任务是检测低空飞行的飞机，因此这种雷达就不能靠抬高天线波束的仰角来消除杂波。AMTI雷达系统就是在这种情况下发展起来的[1]~[3]，与前一章中探讨的地面雷达的MTI 系统相似[1][4]~[6]。 图16.1 带有旋转天线罩的E—2C空中预警机 在截击机火炮控制系统中，AMTI雷达系统还可用来捕捉和跟踪目标。在这种场合中，雷达仅需抑制指定目标附近的杂波。因此，在目标所处的距离和角度扇形区内可将雷达优化到最佳状态。MTI系统也可以装在侦察机或战术歼击-轰炸机上用来检测地面运动的车辆。由于目标速度低，因而采用较高的雷达频率以获得大的多普勒频移。因为背景杂波通常很强，故这些雷达能够有效地采用非相参MTI技术。 高空、高机动、高速度的环境条件及尺寸、重量、功耗的限制给AMTI雷达设计者带来了一系列的特殊问题。本章将专门探讨机载条件下如何处理这些特殊问题。
第6章反射面天线 Helmut E. Schrank Gary E. Evans Daniel Davis 6.1 引言 天线的作用 雷达天线的基本作用是实现电磁波的自由空间传播和导波传播之间的转换。发射期间天线的特定功能是将辐射能集中到具有某种形状的定向波束内，以照射指定方向的目标。接收期间天线收集目标反射的回波信号能量并将之送往接收机。因此，在以发射方式和接收方式工作时，雷达天线起到互易的，然而是相互关联的作用。在两种方式或者作用中主要的目的都是要精确确定目标的方向角。为实现此目的，需要有高度定向的（窄的）波束，从而不仅达到所需的角精度，而且能够分辨相互靠得很近的目标。雷达天线的这一重要特性可以定量的用波束宽度来表示，也可以表示为发射增益和有效接收孔径。后两个参量相互成正比，并且与检测距离和角精度有直接关系。许多雷达都设计成工作在微波频率，这时用适当物理尺寸的天线就能获得窄的波束宽度。 以上雷达天线的功能性描述意味着一副天线既用于发射，又用于接收。虽然大多数雷达系统都是这样工作的，但是也有例外，如一些单基地雷达采用收发分离的天线，当然，双基地雷达按定义必定是收发分离的天线。在这一章中，重点介绍较常用的单部天线，特别是广泛使用的反射面天线。相控阵天线的内容参见第7章。 波束扫描与目标跟踪 由于雷达天线一般具有定向波束，大范围的角度覆盖要求窄波束快速往复地在空域内扫描，以保证不论目标在哪个方向上都能探测到。这就是警戒雷达或搜索雷达的功能。有些雷达系统设计成一旦探测到目标便可进行跟踪，这种跟踪功能要求专门设计与警戒雷达天线不同的天线。在某些雷达系统中，特别是在机载雷达中，将天线设计成既具有搜索又有跟踪的功能。 测高 大多数警戒雷达都是二维坐标的，只测定目标的距离和方位坐标。在早期的雷达系统中，另外的测高天线通过机械俯仰摆动来测量第三个坐标，即仰角，由此计算出空中目标的高度。现在设计的3D雷达采用一副天线测量所有三个坐标，例如，一部天线在接收方式工作时在俯仰方向形成多个堆积波束，而在发射方式工作时形成宽覆盖的垂直波束。这些波束在水平方向同样窄，但垂直堆积接收波束可以用两个相邻的交叠波束测量回波振幅来确定目标的仰角。
第5章固态发射机 Michael T. Borkowski 5.1 引言 在逻辑电路和其他小功率电路，甚至在像电源和低于1MHz的能量转换器这样的大功率应用系统中，固态器件已广泛代替了真空器件。惟一的例外是阴极射线管（CRT），原因是它比等离子体显示器便宜得多。由于单个固态器件的输出功率是相当有限的，所以，在雷达发射机中，从高功率的速调管、行波管（TWT）、正交场放大管（CFA）和磁控管到固态器件的过渡是渐进的。然而，与真空管相比，固态器件有许多优点。 （1）不需要热阴极。因此，不存在预热延迟、灯丝功率浪费，且使用寿命几乎无限期。 （2）器件工作在低得多的电压环境下。因此，要求的电源电压是伏特级而不是千伏级，这样就避免了大空间、充油或密封的要求，从而，节省了电源的体积和重量，使电源和微波放大器获得较高的可靠性。 （3）用固态器件设计的发射机与真空管发射机相比，平均无故障时间（MTBF）得以提高。已经测过的放大模块的平均无故障时间大于100000 h。 （4）不需要脉冲调制器。用于雷达的固态微波器件通常采用C类工作方式，当射频驱动开和关时，它是自触发的。 （5）模块故障时，系统具有故障弱化功能。这是因为发射机的输出功率是由大量的固态器件合成提供的，而且当个别单元故障时，其他单元能很容易地重新组合以弱化故障。若以分贝表示，输出的总功率仅降低20lg r，其中r为工作的放大器与放大器总数之比。 （6）可获得很宽的带宽。一般高功率的微波真空管能获得10%～20%的带宽，而固态发射模块可获得50%或更大的带宽，并具有好的效率。 （7）在相控阵雷达应用中，可获得很好的灵活性。在相控阵雷达系统中，每个天线单元可以与单个有源收发组件相连接，这样就可消除通常存在于真空管系统中，位于点源管放大器与天线阵列表面之间的射频分配损耗。另外，用于波束控制的相位移动可在低电平上，在有源阵列单元的输入馈电端实现。这样就避免了辐射单元移相器高功率损耗，并提高了整机的效率。因输出功率是在空间合成的，从而任一点的峰值射频功率相当低。另外，输出幅度锥削可通过关断或减弱单个的有源放大器来实现。 高功率真空管被固态器件取代的进程比以前预想的要缓慢得多。事后分析，其原因是，在相同的峰值功率和占空比条件下，直接用固态器件取代脉冲工作的射频真空管过于昂贵且无法进行。与射频真空管相比，微波半导体器件的热时间常数短得多（是毫秒级，而不是秒级）。结果使平均功率为50W的微波晶体管在脉冲期间不过热的前提下，不能承受比100～200W更大的脉冲功率。具有窄脉冲宽度和低占空比的真空管式老雷达只能非常低效地利用微波晶体管的平均功率能力。例如，要取代L波段平均射频功率为500W、占空比
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。雷达发射机产生辐射所需强度的脉冲功率，其波形是脉冲宽度为K而重复周期为T的高频脉冲串。发射机现有两种类型：一种是直接震荡式（如磁控管振荡器），它在脉冲调 制器控制下产 生的高频脉冲 功率被直接馈 送到天线；另 一种是功率放 大式（主振放 大式），它是由 高稳定度的频 率源（频率综 合器）作为频 率基准；在低 功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线的。功率放大式发射机的优点是频率稳定度高且每次辐射式相参的，这便于对回波信号进行相参处理，同时也可以产生各种所需的复杂脉压波形。 发射机输出的功率馈送到天线，而后经天线辐射到空间。 脉冲雷达天线一般具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得较大的观测距离。同时，天线的方向性越强，天线波瓣宽度越窄，雷达测向得精度和分辨力就越高。常用的微波雷达天线是抛物面反射体，馈源放置在焦点上，天线反射体将高频能量聚成窄波束。天线波束在空间的扫描常采用机械转动天线来得到，由天线控制系统来控制天线在空间的扫描，控制系统同时将天线的转动数据送到终端设备，以便取得天线指向的角度数据。根据雷达用途的不同，波束形状可以是扇形波束，也可以是针状波束。天线波束的空间扫描也可以采用电子控制的办法，它比机械扫描的速度快，灵活性好，这就是20世纪末开始日益广泛使用的平面相控阵天线和电子扫描的阵列天线。前者在方位和仰角两个角度上均实行电扫描；后者是一位电扫描，另一维为机械扫描。 脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要高速开关装置，在发射时，天线与发射机接通，并与接收机断开，以免强大的发射功率进入接收机把接收机高放混频部分烧毁；接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免微弱的接收功率因发射机旁路而减弱。这种装置称为天线收发开关。天线收发开关属于高频馈线中的一部分，通常由高频传输线和放电管组成，或由环行器及隔离器等来实现。 接收机多位超外差式，由高频放大（有些雷达接收机不用高频放大）、混频、中频放大、检波、视频放大等电路组成。接收机的首要任务是把微弱的回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度，因此接收机的第一级常采用低噪声高频放大器。一般在接收机中也进行一部分信号处理。例如，中频放大器的频率特性应设计为发射信号的匹配滤波器，这样就能在中放输出端获得最大的峰值信号噪声功率比。对于需要进行较复杂信号处理的雷达，如需分辨固定杂波和运动目标回波而将杂波滤去的雷达，则可以由典型接收机后接的信号处理机完成。 接收机中的检波器通常是包络检波器，它取出调制包络并送到视频放大器，如果后面要进行多普勒处理，则可用相位检波器替代包络检波器。
直线阵馈电抛物柱面天线的分析与设计 吴素云 摘要本文对一种直线阵馈电抛物柱面天线进行了研究，并给出了抛物柱面和馈源的口径场分析方法以及仿真结果。根据理论分析和仿真结果研制出的天线具有宽频带、高增益和全口径增益宽角覆盖能力等优良的电气性能。关键词直线阵抛物柱面宽频带 Analyze and Design of parabolic cylindrical antenna with feed for linear arrays WU suyun （The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001，China） Abstract：This paper makes research on parabolic cylindrical antenna with feed for linear arrays,generates aperture-field analysis methods and simulation results of parabolic cylinder and feed .The antenna which is manufactured according to the theoretical analysis and simulation results.performances excellent electric apabilities such as wide frequency band ,high gain ,gaining wide-angle covering abilities in full aperture ,and so on . Keywords：linear array，parabolic cylinder，wideband 1 引言 随着电磁环境的日趋复杂，电磁信号越来越密集，威胁目标种类越来越多样化，以常规的单波束天线组成的系统越来越难于适应现代装备的需要，而以直线阵馈电抛物柱面天线可以在一定的方位面、俯仰面内形成同时多方向的波束簇，在宽频带范围内，能快速地对应于不同方位、不同仰角方向上的各种目标，实现频率和方向的双重瞄准，且具有空间功率的合成能力。如果在每个天线单元后接入中等功率的功放，就能以大的等效辐射功率去干扰多个目标。在对目标进行干扰时，抛物柱反射体不动全由线阵馈源系统的波束间转换来实现，可机扫也可电扫，有效地减小干扰盲区，在电子战中有很大的应用潜力。 2 总体思路 该天线系统由抛物柱面反射体和沿焦线设置的多喇叭直线阵馈源组成。反射体由抛物线母线绕焦线平移而成。这样的反射体在俯仰面具有聚焦特性只压窄俯仰波束，而在方位面上只具有反射作用，保持了直线阵馈源在方位面上的波束特性。该天线系统采用偏馈设计和通过阵列馈源恒波束设计以达到降低馈源遮挡和解决宽频带使用时反射体边缘漏损问题。该方案集成了阵列天线的快速扫描和抛物面天线聚焦特性，解决了天线宽频带、高增益的需求。 3 设计原理及分析 抛物柱面天线是一抛物线沿一直线平移而成，如图1所示，其焦线为一直线，抛物柱面的馈源可以有多种形式，可以为同相线源，也可以为位于焦线某一点的放置的点源。 图1 抛物柱面天线 直线阵馈电抛物柱面天线由抛物柱面反射体和沿焦线设置的多喇叭直线阵馈源组成。直线阵馈源相位中心位于抛物柱面的焦线之上，故在天线口径上的场是同相的，馈源为同相线源。反射体由抛物线母线绕焦线平移而成。这样的反射体在俯仰面具有聚焦特性只压窄俯
第21章合成孔径（SAR）雷达 L.J.Cutrona 21.1 基本原理和早期历史 对于机载地形测绘雷达，一个日益迫切的问题是要求其具有更高的分辨力，并通过“强力”技术来达到高分辨力。通常这种类型的雷达系统是通过辐射短脉冲来获得距离分辨力，通过辐射窄波束来获得方位分辨力。 有关距离分辨力和脉冲压缩技术的一些问题已在第10章中讨论过了。在第10章中已经表明，若发射信号的带宽足够宽，则采用适当的技术可获得比相应脉宽要好得多的分辨力。由于脉冲压缩已在第10章中进行了广泛地讨论，因此本章将讨论直接应用于合成孔径技术中的脉冲压缩技术，特别是讨论对于同时完成脉冲压缩和方位压缩的技术，而不讨论顺序地完成距离压缩和方位压缩的技术。 本章所要讨论的基本原理是利用合成孔径技术来改善机载地形测绘雷达的方位分辨力，使其值比辐射波束宽度所能达到的方位分辨力要高得多。 SAR是采用信号处理的方法产生一个等效的长天线，而非真正采用物理的长天线。事实上，在绝大多数场合，使用的仅是一根较小的实际天线。 在考虑合成孔径时人们以长线性阵列物理天线的特性为参考。在阵列天线中，许多辐射单元沿直线配置在适当的位置上，并利用这种实际的线性阵列天线，使信号同时馈给天线阵的每个单元；同样地，当天线用于接收时，可使各个单元同时接收信号。在发射和接收工作模式下，用波导或其他传输线连接，利用干涉现象得到有效的辐射方向图。 若辐射单元相同，则线性阵列天线的辐射方向图是单个单元的方向图和阵列因子两个量的积。在线性阵列天线中，阵列因子比单元的方向图具有尖锐得多的波瓣（较窄波束），这种天线阵因子的半功率波束宽度β（rad）可由下式给出，即 β=（21.1） L/λ 式中，L为实际阵列天线的长度；λ为波长。 合成孔径天线往往仅用单个辐射单元。天线沿一直线依次在若干个位置平移，且在每一个位置发射一个信号，接收相应发射位置的雷达回波信号并储存起来。储存时，必须同时保存所接收信号的幅度和相位。 当辐射源移动一段距离L eff后，储存的信号和实际线性阵列天线的每一个单元所接收到的信号非常相似。因此，若对储存的信号采用与实际线性阵列天线相同的运算，就可获得长天线孔径的效应。这一概念将导致这种技术被称为合成孔径。 机载地形测绘雷达系统的天线通常被安装在侧视方向，而飞机的运动可将辐射单元送到天线阵的每一个位置。这些阵列位置就是实际天线在发射和接收雷达信号时的那些位置。
雷达天线控制系统设计 摘要 本课题研究的雷达天线控制系统要求具有定位和等速跟踪功能，定位控制要求精度高、响应快，等速跟踪控制要求转速平稳。早期的雷达天控系统大多采用模拟电路实现，如需调整控制参数时，就要更换控制器中一些元件，同时受环境温度、外界干扰及元件老化等因素的影响，调节器参数都会发生变化，从而影响控制性能。 一般的雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分，这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计，然后再根据要求进行调校，这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重，不能保证伺服系统总体的综合性能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题，提出一种结构与控制集成优化设计的模型，即采用手轮控制和电路自动化控制相结合的方式完成。 本文以雷达天线控制系统的研制为背景，设计了系统总体方案。雷达为机动型远程警戒雷达，天线在圆周360°方位中进行运转工作，在伺服系统中对天线的控制实现远程遥控和人工控制。工作中为了有效的消除云雨气象杂波的干扰，利用空间电磁场和目标的特性，在伺服系统中对云雨气象杂波的干扰实现线极化和原极化的转换控制。对于天线360°圆周运转状态，需要通过处理变换并把360°圆周运转的模拟方位信号转换为数字方位信号，同时为雷达各个分系统提供出方位数据；通过方位处理可实现雷达寻北，对方位数据进行自动教北。天线在架设时应进行升降俯仰控制，通过控制可安全操作升降俯仰。 关键词：雷达，天线，控制，精度，伺服
Radar antenna control system design Summary Research of radar antenna control system requires a positioning and velocity tracking, positioning control requires high precision and fast response, speed speed tracking control requirements, such as stable. Most of the early days of radar controlled systems used analog circuits, need to adjust control parameters, it is necessary to replace the controller components in and influenced by environmental factors such as temperature, outside interference and component aging effects, changes regulator parameters, thus affecting performance. General performance of radar antenna mainly depends on the level of its servo system design. Design of servo system design including design and control of two parts, interaction between these two parts are tightly coupled. General system design method is used to structure and control system design, respectively, and then adjusted according to the requirements, which often leads to long product development cycles, high cost, poor performance, structure of heavy, cannot ensure the overall performance of optimal servo system. For the radar antenna servo system design of structure and control design of phase separation problem, proposed a model of integrated optimization design of structure and control, using hand wheel completed the combination of control and automatic control circuit. With development of the radar antenna control system in the background of this article, designing the general scheme of the system. Radar-Mobile early warning radar, antennas work running in a circle of 360 ° azimuth, remote control for antenna servo system of control and manual control. In order to be effective in eliminating Cloud and rain weather clutter interference using spatial characteristics of electro-magnetic fields and the target, Cloud and rain in a servo system of weather clutter jamming transition control for linear polarization and the polarization. Aerial 360 °circle running condition, use the transform and simulation of running in a circle of 360 °azimuth direction of signal into a digital signal, while for the radar system with location data through North azimuth radar homing, on North azimuth data
概述 介绍 Rockwell Collions WXR-2100型多扫描气象雷达在气象信息的处理和提炼方法上有革命性的突破，多扫描气象雷达是一种全自动雷达，它可以在不需要飞行员输入扫描角度和进行增益设置的情况下，不管在什么时候，不管飞机的姿态如何，对所有范围内重要的气象信息进行无杂波的显示。当多扫描气象雷达工作在自动模式的时候，每个飞行员将会获得一般只有有经验的雷达操作员才能获得的气象信息，而飞行员只需进行简单的标准化航空公司飞行员培训。多扫描气象雷达有效的减少了飞行员的工作负担，并增强了天气的探测能力，增加了机组及旅客的安全性。 多扫描雷达工作的关键在于雷达对雷雨底部反射部分的探测，然后通过先进的数字信号处理技术对地面杂波进行抑制。为了对短、中、长距离范围内的气象进行更好的探测，多扫描气象雷达也集成了多雷达扫描功能，对扫描角度进行预设。因此，在不同的飞行阶段，不同的探测距离，它的气象探测结果都十分出色。真320海里探测和Qverflight Protection功能是多扫描气象雷达众多新特征中的两个。多扫描气象雷达因为使用先进的运算法则来消除地面杂波，这使它能够跨越雷达视野的限制，为飞行员提供真正意义上的320海里气象资料。Overflight Protection功能使机组人员能够躲开雷雨顶部渗透，这是如今导致飞机颠簸的主要原因之一。Overflight Protection功能将那些对飞机造成威胁的任何雷雨信息保持在雷达显示屏上，直到它不在对飞机造成威胁为止。 系统描述 重要的运行特点 全自动工作：多扫描气象雷达设计工作在全自动模式，飞行员只需输入探测范围，而不需要输入扫描角度和进行增益设置。 理想的无杂波显示：Rockwell Collions第三代地面杂波抑制算法能减少约98%的地面杂波，这使它能理想的无杂波显示有威胁的气象信息。 在不同探测范围和飞行高度情况下良好的气象探测能力：多扫描气象雷达将从不同扫描角度获得的气象数据储存在存储器中，当飞行员选择了所要求的显示范围，不同角度的扫描信息将会从存储器中取出并一起显示。通过多角度的扫描，可以获得近距离和远距离的气象信息，这使得不管飞机的姿态如何，不管何种探测范围，显示屏上所呈现的都是一幅最优化的气象图。 决策气象：多扫描气象雷达能够提供真正意义上的320海里决策气象信息。 Gain Plus：Gain Plus包括以下功能： 传统的加减增益控制：多扫描气象雷达允许机组人员在人工或自动工作模式的时候进行增加或减小增益。 基于温度的增益控制：在高海拔的巡航高度，由于低的雷雨雷达反射率，将会基于温度对雷雨增益进行补偿。 路径衰减补偿和警报（PAC Alert）：对距飞机80海里范围内的干扰性气象造成的衰减进行补偿，当补偿超过限制，一个黄色的PAC Alert杆将显示以提醒飞行员注意雷达阴影区。Overflight Protection：Overflight Protection功能减少了在高海拔巡航高度时疏漏雷雨顶部渗漏的可能性。多扫描气象雷达向下扫描波束的信息和它的信息存储能力将发挥作用，可以防止在飞机完全穿越有威胁的雷雨区之前，雷雨区图象在显示屏上消失。 海洋气候反射率补偿：多扫描气象雷达能对海洋雷雨反射率的减小进行增益补偿，以便在
雷达的组成及其原理 课程名称：现代阵列并行信号处理技术 姓名：杜凯洋 学号： 2015010904025 教师：王文钦教授
一．简介 雷达（ Radar，即 radio detecting and ranging），意为无线电搜索和测距。它是运用各种无线电定位方法，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其它情报的装置。在现代军事和生产中，雷达的作用越来越显示其重要性，特别是第二次世界大战，英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战，使雷达的重要性显露的非常清楚。雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键 之一；信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多，可按多种方法分类： （1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。 （2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。 （3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。 （4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段 雷达。 （5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。 二.雷达的组成 （一）概述 1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。 2、收发开关：收发隔离。 3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。 4、接收机：超外差，高 频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。 5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测 判决之前完成（ MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。 6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。 7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式） 才有）。 （二）雷达发射机 1、单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件）
3.3.4球面反射面天线 上面我们讨论的都是指可驱动的天线，即认为它是一架可以指向天空任意位置并能跟踪的天线。为了提高空间分辨率和灵敏度，射电天线一般都做得很大，它重量小到几百吨大至几千吨。这种可驱动的大天线极易受到重力、风、热等因素的影响而变形，致使天线的增益降低。研究表明，单个可驱动天线的极限口径可能是100米。为了增加天线的口径，天文学家和工程技术人员想到了固定的天线，它类似一口大锅支在山凹之中，其本上解决了重力和风对天线的影响，口径可以做得很大。最典型的例子是位于美国 Arecibo 天文台，口径为305米的球反射面天线（参看图3.26）。 40 a 我想读者首先感兴趣的一个问题是：为什么固定反射面天线往往选择为球面。这是因为球面是一个没有确定主轴的反射镜面，即球面对任意方向投射到它上面的光束 （如图3.27 a 中A 和B 光束）都有相同的物理性质。固定球面天线总是对向天顶，移动在天线上方的馈源，在一定天区范围不同方向来的光束经球面反射后总可以汇聚到馈源。如图30 b 所示的那样，如果α是馈源照明区域相对于球心所张的立体角，0α是固定球面天线所张的立体角，则观测天区的立体角为 00a θαα=?′ （3.65） 定义馈源照明区域的直径为有效照明口径，则从上式我们发现，为了观测比较大的天区，固定球面天线的口径要大，而有效馈源照明口径要小。为了保证一定的灵敏度，有效馈源照明口径又不能太小，于是球面天线口径和有效馈源照明口径要折衷选取，才能使固定球面天线既有足够的灵敏度又有比较大的观测观天区。 固定球面天线有一个很大的缺点是它有严重的球差，即如图3.27a 所示，入射的一束平行光束经球面天线反射后不是聚集到焦点而是一条线。平行入射到照明区且离轴很近的光束将聚焦到近轴焦点O ，而离轴越远的光线，它的焦点离近轴焦点也越远，最后来自照明区边沿的反射光束，它的焦点离近轴焦点最远。如果把一个平面放在近轴焦点上并与轴垂直，这个平面称高斯平面。在高斯平面上这些光束形成一个斑。如果是一个馈源来有效地接收这些辐射，这个馈源必须是一个线馈源，在线馈源各部分接收到的辐射必须做振幅和相位改正。最早期的固定球面天线用的确实是一种带槽的线状
一、量子雷达简介 1、量子雷达的内涵与应用 1）释义：量子雷达是将量子信息调制到雷达信号中，从而实现目标探测的电子设备。将量子信息技术引入经典雷达探测领域，解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈，提升雷达的综合性能。属于一种新概念雷达，首要应用是实现目标有无的探测，在此基础上可以进一步扩展应用领域，包括量子成像雷达、量子测距雷达和量子导航雷达。 2）构成：量子雷达由发射系统和接收系统组成。 3）工作原理图： AOM:orbital angular momentum. EMCCD:electron-multiplying CCD cameraHWP:半波片PBS : 分光器 H、D、V、A：四种偏振态（在EMCCD上分别成像） 如果一架雷达隐形的飞机试图拦截这些光子并重新发送虚假信号，雷达回波仅相当于一只鸟的面积就可以掩盖自身的真实位置，但量子雷达在这一欺骗过程中也发现了敌方飞机的踪迹。这项新发明在技术工程上也有相似的运用，比如可以用类似的方式进行量子密钥加密，通过改变密钥的量子属性来达到目的。来自罗彻斯特光学研究所的科学家梅胡尔·马利克(Mehul Malik)利用该技术对远程隐形轰炸机进行反射光子测试实验，测量反射信号的极化错误率。 2、量子雷达与经典雷达的关系 1）雷达的发展历程 近单纯利用发射的电磁波信号→综合利用电磁信号的频率和相位信息 技术维度主要包括调制方式和检测机理。 近单纯利用发射的电磁波信号的非相参雷达：经过目标表面散射后，通过判断接收信号
的能量，实现目标的有无。非相参雷达的信息载体只能通过信号的绝对幅度或幅度的变化来体现，检测机理就是简单的能量检测，非相参雷达无法区分杂波和目标，信息利用方式单一，应用领域受到较大的限制。 综合利用电磁信号的频率和相位信息，即电磁场的二阶特性。通过发射电磁波二阶特性的应用，在调制方式上，出现了线性调频、相位编码和捷变频等复杂信号形式，这些信号形式有效解决了传统雷达时宽与带宽的矛盾，并提升雷达抗干扰、抗杂波的能力。在检测技术上，催生了动目标检测( MTD) 技术、空时自适应处理( STAP) 技术和脉冲多普勒体制( PD) ，这些技术利用目标和杂波在多普勒域上的差异，实现杂波中运动目标的有效检测，提升雷达抗杂波能力。 2）量子雷达与经典雷达的比较（量子雷达是对经典雷达理论的更新和补充。） 调制方式：（1）经典雷达是通过对宏观电磁波相位和频率的操作和控制，获取其在空间、时间和频率等维度上的调制效应。 （2）量子雷达的量子信息技术的信息载体为电磁场的微观量子和量子态。相比较而言，一方面，量子雷达将雷达探测发射信息的调制维度，由电磁场宏观的 空、时、频特征，推广至可以表征“微观粒子相关关系”的量子态特征，对 传统雷达探测的信息维度进行扩充; 另一方面，量子雷达将雷达探测接收信 号的检测极限，由宏观电磁场能量检测的灵敏度，扩展为微观量子检测的“暗 计数” 检测机理：（1）经典雷达检测理论在经历了由能量检测向相参检测的扩展后，目前的检测机理是利用回波信号在宏观空、时、频域的相参性特征，以回波信号信噪比最 大为准则，实现目标信号有无的检测和目标信号参数的估计。在经典电磁理 论下，雷达接收机的噪声是由于器件中短电流引起的散粒噪声引起，（2）量子理论则认为部分噪声是由于入射信号场在量子层面的微观特性导致的，因此，量子雷达一方面可以通过相应的量子操作( 如压缩真空注入( SVI) 和 相位敏感放大( PSA) 等) ，降低接收端的噪声水平; 提升雷达性能; 另一方 面，可以利用信号在微观层面存在的高维度相参特性，通过量子检测与估计 理论，利用目标信号与噪声在高维度上差异，可以进一步提升信号检测的性 能，甚至突破经典检测与估计的理论极限。 3、量子雷达的应用前景 1）隐身目标原理：本质就是通过气动外形、电磁吸波材料等技术的应用，最大程度降低电磁波的后向散射强度，使得回波信号的能量远小于经典雷达接收机的噪声基底，导致实现目标检测必须更长的积累时间或更大的发射功率。 2）经典雷达：技术在反隐身探测和抗监听和抗干扰方面依然存在技术瓶颈。经典雷达采用低频段探测、增大功率口径积和增加驻留时间，提高隐身目标的回波能量，从而提升隐身目标的检测性能。工程应用中存在一定局限性。 （1）雷达的功率口径积不可能无限制的扩大，平台载荷、雷达灵活性的限制和半导体技术、系统集成技术等均限制了雷达可实现的功率口径积; （2）低频段探测将面临外界电磁环境干扰的影响，且频率越低，电磁环境越复杂，环境电磁干扰越严重，信号处理难度越大，此外，根据雷达基本概念可知，频率越低、相同天线口径的天线增益越低，为了不损失天线增益必须增加天线口径，工程实现难度加大; 最后，增加驻留时间需要考虑到雷达覆盖空域和搜索数据量的需求，即雷达必须在特定时间内完成对特定空域的搜索，在缺乏隐身目标来袭方向先验引导的情况下，雷达的驻留时间相对有限。3）量子雷达的技术优势 接收系统具有极高的灵敏度：量子信息技术中的信息载体为单个量子，信号的产生、调制和