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差波束零深

作者:百科科普

差波束零深(null depth of difference beam),指单脉冲天线的差方向图中心零点处电场与最大值处电场(差波束本身或者与和波束)之比,通常用dB表示。它关系到雷达的跟踪精度,零深越深,跟踪误差越小(当然这也与接收机的灵敏度有关)。在单脉冲天线中,影响零值深度的主要因素是单脉冲天线的和差比较器的相位误差。在天线设计中,一般都要求有30dB左右的零值深度。

差波束零深定义

差波束的零深是指正前方零点方向的电平与左右两个差瓣电平的比值,一般用dB表示。

零深直接影响差波束的差斜率大小,在跟踪接收机中表现为“S”曲线斜率的大小,零点越深,斜率越大,跟踪精度越高。

由于单脉冲自跟踪天线总是将目标尽量锁定在差波束的零点方向上,如果目标锁定后和波束最大增益方向没有指向目标,则会产生指向失配损耗。因此,单脉冲自跟踪天线应该对差波束零点方向与和波束最大增益方向的偏差提出要求,一般来说只要达到和波束半功率波束宽度的十分之一就可以忽略指向失配损耗的影响了。

差波束零深影响因素

差波束的零值深度和零点位置等是这类天线的一些重要指标,从微波天线的原理上讲,它的零值深度应为无穷,零点位置应为0,但从工程实现上讲却不是这样的,通常情况下,一般都认为影响天线差波束零值深度和零点位置的因素是与差波束相关的两路信号之间的相位差,而事实上根据天线的类型不同影响天线差波束零值深度和零点位置的因素也不同。一般地讲这种微波天线的形式有两种(如图1所示),一种是基于多(双)波束的天线形式,另一种是基于天线阵列(二单元)的天线形式。

基于双波束的天线差波束特性的分析

对于这种形式的天线,可以把天线看作是双波束天线,两个波束可以表示为:

其中f1(θ)和f2(θ)是以max{max(|f1(θ)|),max(|f2(θ)|d)}归一的。

在原理上讨论可以认为A1= A2,θ12,J1=J2,但在工程应用上它们是不成立的,在这种情况下天线的差波束可以表示为:

天线差波束零点的位置,也就是说差波束零深有可能最深的方向就是下面方程的根:

只要|θ-θ1|不超过f(θ)第一零点之间的宽度,方程(4)的根显然存在,可以假设为θ0

这里可以清楚的看出两波束的幅度值不影响这种类型天线差波束零值深度。在这种情况下,只要J1=J2,天线差波束的零值深度就可以达到无穷深。然而事实上,工程应用中,尤其是在一定带宽范围内,必然是J1≠ J2。

下面确定J1和J2与天线差波束零值深度之间的限制关系。

当θ=θ1时:

其中:

如果天线的零值深度给定,那么对两路信号的相位有如下的限制:

M是非常接近于1的系数,从式(6)可以看出,如果两波束相交点的电平A越高,dJ越小,也就是两路信号的相位一致性要求越高,反之亦然。如果两波束相交是-3dB点,那么要达到25dB的零值深度见图2,要求两路信号的相位差在整个带宽内小于4.56度。如果两波束相交是-2dB点,那么要达到相同的零值深度,要求两路信号的相位差在整个带宽内则小于4.06度。两波束相交点的电平是由天线差波束分离角来确定的,这也是此种类型天线的优点之一,用它能够实现不同的差波束分离角。

基于天线阵列的天线差波束特性的分析

从比较器出发,本类型天线可以看成是一个二元阵,对和波束而言,它是一个等幅同相的二元阵,对差波束而言,它是一个等幅反相的二元阵。

要达到30dB的零值深度,馈电的幅度不平衡必须在0.5dB之内。

值得注意的是,尽管这种形式的天线,两单元的相位不影响差波束的零值深度,但其在影响差波束零点的位置、两峰值的平衡度的同时,也影响和波束的形状,相位误差达到90度时,和、差波束的形状变得一样了。

结论

a.多(双)波束的天线形式,差波束的零点位置就是两波束电平交叉点位置。

b.多(双)波束的天线形式,差波束的零值深度,由两波束在零点位置的信号相位的一致性来决定。

c.多(双)波束的天线形式,差波束两峰值的平衡度,由两波束的峰值电平决定。

d.阵列(二单元)的天线形式,差波束的零点位置,由两单元信号的相位来决定。

e.阵列(二单元)的天线形式,差波束的零值深度,由两单元信号的幅度一致性来决定。

f.阵列(二单元)的天线形式,差波束两峰值的平衡度,由单元方向图函数和零点的位置来决定。

这些结论,在相关产品的设计、生产和调试中得到了充分验证,是可靠的,能够指导这种微波天线的设计和调试,减少设计、生产和调试这种雷达天线的盲目性。

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