雷达天线(1)：方向性和增益

无论是雷达、通信还是电子战系统，都有一个关键部分，那就是：天线。大家知道，天线的作用是完成波导场和空间辐射场的相互转换。

发射是将电子转变为光子 ，就像手电筒一样，将辐射能量集中照射目标方向，辐射的功率被远处的目标、地面、天空以及其他天线所吸收；

接收则是将光子转换为电子 ，收集来自远处目标的被动辐射或其他天线的主动辐射，就像我们的“眼睛”，只不过它们收集的频段在可见光，还是“双站”哦！

一般来说，天线都具有方向性，也就是往不同方向辐射的功率密度不同，对于接收来说，则是指对不同方向入射的电磁波响应不同。今天讨论的重点就是天线的方向性和天线增益的理解。

天线的方向性是指天线把辐射出去的能量集中在期望方向上的程度 ，我们通常看到的天线的三维图形，虽然大部分能量都集中在视轴的一个大致区域内，就是大家所熟知的“主瓣”，但是在其他方向上或多或少都要辐射一些能量，受大家关注较多的是“旁瓣”以及主旁瓣比。

天线增益是相对于参考天线来说的，比如说100W的功率馈给天线并不会得到大于100W的辐射能量。而是以牺牲其他方向为代价，天线将辐射能量集中到特定方向，从而得到了相对于参考天线的增益。

这和放大器的增益概念是完全不同的，放大器的增益是指将信号放大了多少dB，是输出相对于输入来说的。放大器是有源的，增加了信号的能量，所以和天线这种无源器件的增益概念是不同的。

在输入功率相等的情况下，天线增益是指实际天线和参考天线在空间同一点处的功率密度之比。 以各向同性天线(isotropic antenna)或偶极子天线(dipole antenna)为参考，得到天线增益的单位分别为dBi和dBd。

天线增益描述的是天线将功率集中辐射的程度，因此与天线方向图密切相关。一般来说天线方向图主瓣越窄、副瓣越小，则增益越高。

有效辐射功率：

Effective Radiated Power，ERP

等效全向辐射功率：

Effective Isotropic Radiated Power，EIRP

有效辐射功率定义为天线增益和输入功率的乘积。

举例：

一个100W的发射机连接到增益为9dBd的天线上，系统传输线和接头损耗为3dB，计算出ERP=50dBm+9dBd-3dB=56dBm，ERP是400W。

这里的ERP=400W并不是说发射机馈给天线的功率增加了，而是说如果采用的是偶极子天线，在该方向上达到相同的辐射效果，需要的等效功率是400W。

在谈到天线增益的时候，会有方向性增益和功率增益的区分 ，它们是通过辐射效率相互联系的，方向性增益总是大于功率增益的，并与天线波束宽度有密切关系。

天线方向图可以看出在空间不同方向有大小不同的增益，我们常说的“天线增益”通常是指产生最大增益方向上的增益，单位为dBi或者dBd。这二个单位的参考基准不同，前者是以各向同性天线(isotropic antenna)为基准，后者是以偶极子天线(dipole antenna)为基准。偶极子天线的增益：

0dBd=2.15dBi

也就是说若以dBd来表示天线增益时，数值会变小。例如：增益为5dBd的天线增益可以表示为7.15dBi。

常说的天线“3dB波束宽度 ”是指天线增益下降到视轴增益一半，也就是相比于最大增益衰减了3dB时两个增益值之间的夹角。

举例：

在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，用理想的全向天线，假设需要100W的输入功率，而如果改用增益为G=20dBi的定向天线作为发射天线，输入功率仅需100/1020/10=1W。

光纤通信原理图——光的散射与反射

光的散射

光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。此时引起的光能量损失，光的传输不再具有很好的方向性。

二进位的 0, 1 在发送端是明确的分离脉冲

脉冲在接收端变为延伸和变形，并重叠在一起, 使不能正确解码。

6 瑞利散射（Rayleigh Scattering ）

光纤中的瑞利散射：是一种基本损耗机制，是由于在制造过程中光纤密度的随机涨落引起折射率的局部起伏，使得光向各个方向散射。

7 背向散射（Backscatter）

光纤中的光功率绝大部分为前向传播,但有很少部分朝发光器背向散射。

OTDR正是利用背向散射来测光缆线路的损耗，长度等。

光在光纤中传播时会发生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅尔反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光这一特点，采集光脉冲的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表。

8 菲涅尔反射（Fresnel Reflection）

当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射，这种现象称为菲涅尔反射。如果光在光纤中的传输路径为光纤—空气—光纤，由于光纤和空气的折射率不一样，将产生菲涅尔反射。

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