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第五章 天线阵(5-1) 写出均匀直线式相控阵天线的方向性函数表达式？若阵元间距d=0.5l ，不出现栅瓣的最大扫描角m q 等于多少度？当希望波束在±45°范围内扫描时，各阵元间最大的馈电相位差为多少度？阵元间最大的馈电相位差为多少度？ 解：解： (1) 方向图函数为方向图函数为sin(/2)()sin(/2)N f y y y =，cos d y b q a =-(2)由公式由公式 1|cos |md lq <+得|cos |1m q <，00180m q <<(3) 由cos d y b q a =-＝0 得 0cos /2()127.26d rad a b q p ===(5-2) 有一均匀直线阵，设其间距d=0.65l 。
要求：①当为侧射时的主瓣宽度为o425.0=j ，确定单元数N ；②当波束指向偏离侧射方向25o时，确定相邻单元的馈电相位差a ；③若最大扫描角为偏离侧射方向±30o ，确定该阵列是否出现栅瓣； ④写出该阵列的归一化方向图函数。
解：(1) 当N 很大时，由主瓣宽度公式很大时，由主瓣宽度公式0.5251Llf =式中，L Nd = , 0.65d l =， 00.524f =得 21N =(2) 相邻单元的馈电相位差：相邻单元的馈电相位差：002cos 0.65sin 25 1.3sin 25m d pa b q l p l=××=××=(3) 最大扫描角为偏离侧射方向±30o ，060=m q0.65d l= ，10.6671c o s mq =+ 满足条件满足条件11c o s mdlq <+，所以，不出现栅瓣所以，不出现栅瓣(4) 阵列的归一化方向图函数为阵列的归一化方向图函数为sin()2()sin()2N F N y q y =， cos d y b q a =- (5-3) 某雷达的天线为6层、8行的同相水平天线，已知天线阵元为全波振子，阵元间距d=1.5m ，最低层离地面高度为2m 。
天线原理课程知识点汇总【A——了解，B——理解，C——掌握（深刻理解，熟练应用）】附表1常见天线的方向性系数附表2三种常见的均匀直线阵波瓣特性及方向性系数D（Nd＞＞λ）附表3 口径场分布及其辐射特性附表4口径场相差对辐射的影响【例题1】 在给定了增益和工作波长的情况下，设计由理想导体制作的最佳喇叭天线的口径尺寸的求解过程如下：（1）首先确定喇叭波导的尺寸a 和b ，请写出单模传输时a 和b 与波长λ满足的关系： a<λ<2a λ>2b（2）确定了a 和b 以后，依次列写最佳喇叭所满足的两个关系式（不要求）：x x R D λ3=①y y R D λ2=②（3）根据给定的增益G 和工作波长λ，结合最佳喇叭的口面利用系数ν就可以确定D x 和D y 的关系式，请写出这个关系式：πνλ42GD D y x =（4）请写出ν的值：ν=0.51【例题2】 某圆锥喇叭天线A 口面直径为20cm ，工作波长为3.0cm ，H 面主瓣内的方向性函数可以用公式3||100()10F ϕϕ-=表示，φ以度为单位，取值范围|φ|≤5º。
若采用该喇叭A 作为发射天线，测试另一个口面直径为10cm 的相同波段的圆锥喇叭B 的方向图，请计算： [1]仅满足相位条件（接收天线中心和边缘处的最大相差不超过π/8）的最小测试距离； [2]仅满足幅度条件（接收天线中心和边缘处的最大幅度比不超过0.25dB ）的最小测试距离； [3]设发射天线A 的发射功率为10mW ，增益为23dB ，不计线缆损耗，若接收天线B 的口面利用系数为0.56，则B 天线按照[1]、[2]确定的最小测试距离摆放所能获得的最大接收功率是多少？ 【解】 [1] ()cm 6002221min =+=λD D r[2] 3||100()10F ϕϕ-=，|φ|≤5º，20lg ()0.6||0.25dB F ϕϕ=-≥- 4167.0||≤ϕ实际上要求)4167.0tan(2/min2 ≤r D ，得cm 5.687min ≥r [3]取r min =687.5cm ，t r t r G G r P P 2min 4⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=πλP t =10mW=10×10-3W ，G t =23dB=200， ν=0.56νλππ22244⎪⎭⎫ ⎝⎛=D G r∴P r =14.8 μW附图1 利用矢量网络分析仪、自动测试转台、辅助天线和计算机测试天线方向图和增益的基本原理框图演示实验问题汇总1、微波暗室包括吸收层和屏蔽层两部分组成，请回答这两部分是用什么材料实现的？2、请分析一下微波暗室的吸收层的工作原理。
第6章反射面天线Helmut E. SchrankGary E. EvansDaniel Davis6.1 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。
第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；正常的传播机制总是存在，如图1.1所示：反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。
【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。
晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等）。
）】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。
绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。
为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。
在出现负折射的情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。
所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。
】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应：【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。
这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。
并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。
聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。
聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关，而气象变化也是随机的。
误差影响定位精度10-30 m接收机天线相位中心的偏移和变化消除或消弱各种误差影响的方法①•模型改正法–原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正–适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式–所针对的误差源•相对论效应•电离层延迟•对流层延迟•卫星钟差–限制：有些误差难以模型化改正后的观测值=原始观测值+模型改正•求差法–原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响–适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。
–所针对的误差源•电离层延迟•对流层延迟•卫星轨道误差•…–限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱消除或消弱各种误差影响的方法②消除或消弱各种误差影响的方法③•参数法–原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来–适用情况：几乎适用于任何的情况–限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计消除或消弱各种误差影响的方法④•回避法–原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响–适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。
–所针对的误差源•电磁波干扰•多路径效应–限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性6.1 GPS测量误差分类及对距离测量的影响与信号传播有关的误差与卫星有关的误差与接收机有关的误差其它误差•对流层折射•电离层折射•多路径效应•星历误差•卫星钟差•相对论效应•接收机钟差•位置误差•天线相位中心的偏差及变化•各通道间的信号延迟误差•地球潮汐1.5-15m1.5-15m1.5-5m1. m6.2 与信号传播有关的误差电离层折射对流层折射多路径误差电离层中的气体分子由于大气折射效应）利用电离层改正)(2cos P T t P-π∑3ϕαDC =5ns T P =14hαn 和βn ：由导航tropion N δρδρλ++- 6.2.2对流层折射▪离地面高度40km 以下的大气层，是一种非电离大气层。
第6章题解6.1 计算LEO （轨道高度700-2000km ）、MEO （轨道高度8000-20000km ）和GEO （轨道高度35786）各典型高度值时的在轨速度和轨道周期。
解: 根据式(6-8)和式(6-10)可以计算各典型轨道高度值情况下卫星的在轨速度和轨道周期。
(1) 轨道高度700km 的LEO 卫星:在轨速度 V =27015 km/hour轨道周期25926 sec. = 98 min. 46 sec.Ts π= (2) 轨道高度2000km 的LEO 卫星:在轨速度 V =24831 km/hour轨道周期27632 sec. = 127 min. 12 sec.Ts π= (3) 轨道高度8000km 的MEO 卫星:在轨速度 V =18955 km/hour轨道周期217158 sec. = 4 hr. 45 min. 58 sec.Ts π== (4) 轨道高度20000km 的MEO 卫星:在轨速度 V ==13994 km/hour轨道周期242636 sec. = 11 hr. 50 min. 36 sec.Ts π= (5) 轨道高度35786km 的GEO 卫星:在轨速度 V =11069 km/hour轨道周期286164 sec. = 23 hr. 56 min. 4 sec.Ts π=6.2 在最小仰角为10º,系统工作频率为1.6GHz 时，计算LEO 、MEO 和GEO 的典型自由空间传播损耗和传播延时。
解: 为计算自由空间传播损耗和传播延时，需要知道传输距离。
根据(6-23)可以计算10仰角时的最大星地距离，再根据第二章公式(2-8)计算最大自由空间传播损耗。
(1) 轨道高度700km 的LEO 卫星:最大星地距离 Re sin(10)2155d ⋅=星地 km自由空间传输损耗()92.4420lg215520lg1.6159.1101dB f L =+⨯+⨯=传输延时/7.2d C τ==星地 ms (2) 轨道高度2000km 的LEO 卫星:最大星地距离 Re sin(10)4437d ⨯=星地 km 自由空间传输损耗()92.4420lg443720lg1.6165.3813dB f L =+⨯+⨯= 传输延时/14.8d C τ==星地 ms (3) 轨道高度8000km 的MEO 卫星:最大星地距离 Re sin(10)11826d ⨯=星地 km 自由空间传输损耗()92.4420lg1182620lg1.6173.8968dB f L =+⨯+⨯= 传输延时/39.4d C τ==星地 ms (4) 轨道高度20000km 的MEO 卫星:最大星地距离 Re sin(10)24512d ⨯=星地 km 自由空间传输损耗()92.4420lg2451220lg1.6180.2275dB f L =+⨯+⨯= 传输延时/81.7d C τ==星地 ms (5) 轨道高度35786km 的GEO 卫星:最大星地距离Re sin(10)40586d ⨯=星地 km 自由空间传输损耗()92.4420lg2451220lg1.6180.2275dB f L =+⨯+⨯=传输延时/135.3d C τ==星地 ms6.3全球星系统的卫星轨道高度为1414km ，在最小仰角为10º时，求单颗卫星的最大覆盖地心角，覆盖区面积和卫星天线的半视角。
