微波天线解析
一 微波天线的定义
工作于米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。
二 微波天线的简介
工作于米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。对工作于微波波段天线的要求：（1）机械强度及运用可靠性要高；（2）天线的尺寸和重量要小；（3）天线与馈线要匹配，而且易于调谐；（4）天线的制造和装配要简便，成本要低。
三 微波天线的主要参数
1.天线增益
增益是天线的一重要参数。在天线尺寸一定的情况下，天线增益大小直接反映了天线效率的高低。
2.半功率角
从主瓣方向向两边偏离，当偏离至功率下降一半的点，该点称为半功率点。两个半功率点之间的夹角为半功率角。当天线口径一定时，工作频率越高，半功率角越小，能量集中程度越高；当工作频率一定时，天线口径越大，半功率角越小。
3.交叉极化鉴别率
交叉极化鉴别率（XPD）的定义是指当发射天线只发射一个极化的信号时，在接收天线所接收到的同极化信号电平和正交极化信号电平之比。要求XPD高是为了抑制从正交极化信号来的干扰，特别是由于大容量微波接力系统（如SDH微波系统）广泛应用同频正交极化频率复用技术来提高通信容量和节省宝贵的频谱资源，对XPD的要求很严格。
4.天线防卫度
天线防卫度是指天线对某方向的接收能力相对于主瓣方向的接收能力的衰减程度。对180°方向的防卫度也叫前/背比，在微波通信中是一个很主要的指标。
5.电压驻波比
天线与馈线连接阻抗要匹配，输入端驻波比一定要小。一般天线的驻波比在1.05~1.2之间。
四 微波天线的技术参数
1.方向性
天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传播的电磁波，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能（或场强）在空间各点分布的情况，它是描述天线的主要传输之一。
天线方向性图能直观地反映出天线辐射能量集中程度、方向性图越尖锐，表示辐射能量越集中，相反则能量分散。若天线将电磁能量均匀地向四周辐射，方向性图就变成一球面，称作无方向性，这就是一理想点源在空中辐射场。天线方向性图可通过测试来绘制，如测得的是功率，即可绘出功率方向性图，如测得的是场强，则绘出场强方向性图，但两者图形形状是完全一样的。通常图形方向性图有多个叶瓣，其中最大辐射方向的是叶瓣，称主瓣，其余称副瓣（或旁瓣）。在方向性图中主瓣信息是我们最关心的。
2.天线效率
一般来说构成天线的导体和绝缘介质都有一定的能量损耗，输入天线的功率不可能全部转化为自由空间电磁波的辐射功率，我们把天线辐射功率Pr与天线输入功率之比称作天线效率，通常微波天线的效率都很高，ηa接近于1。另外需要值得提出的是这里定义的天线效率并没有包含因天线与馈线传输系统失配引起的损耗，
3.天线阻抗
天线阻抗是指天线输入端口向天线辐射口方向看过去的输入阻抗，它取决于天线结构和工作频率。只有天线的输入阻抗与馈线阻抗良好匹配时，天线的转换效率才最高（参见4式），否则将在天线输入端口上产生反射，在馈线上形成驻波，从而增加了传输损耗。大多数天线输入阻抗的匹配是在工程设计中采用近似计算，然后通过实验测量，修正来确定的。
4.天线极化
天线极化是指天线最大辐射方向上的电场强度（E）矢量的取向。线极化是一种比较常用的极化方式，线极化又可分为“垂直极化和水平极化”，前者电场矢量与地面垂直，后者则与地面平行。
5.频带宽度
天线所有的电参数都与工作频率有关，任何天线的工作频率都有一定服务。当工作频率偏离中心工作偏离f0时，天线的电参数将变差。天线的频带宽度是指天线可以正常工作的频率范围，在这范围内天线的方向性图、增益、阻抗等技术参数都在指标允许的范围内变化。
五 微波天线的分类
1.微波天线按安装方式分：挂式天线和座式天线二种微波天线。
2.按电气特性分：标准天线和高性能天线二种微波天线。
标准天线和高性能天线的区别是高性能天线的前后比比标准天线大，一般大10dB以上。
六 微波天线的安装
由于地形和环境地的影响，天线接收到的电磁波是有效直射波，还是反射绕射波或是它们的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果。因此，对于天线的安装也有一定要求，选择天线架设位置通常应注意以下几个方面。
（1）天线的发射或接收方向应尽量避开障碍物：例如楼房、铁塔、桥梁等高大建筑物，以免因电磁波反射、折射造成对通信极易产生影响的多径干扰。
（2）天线架设地点应尽量远离干扰源：例如高压线、飞机航线、人口稠密区、公路等，减少或避免可能产生的对微波通信的干扰；也尽可能减少微波通信系统对外界的干扰。
（3）天线应尽量架设在附近的置高点：根据微波传输的特点，这样可以增加通信距离，并可以获得相对较好的通信质量。
（4）如有几副天线同在一个铁塔上工作，应特别注意它们之间左右和上下的间距以及工作频率，以防相互耦合影响系统性能。
七 微波天线的应用
微波是波长为1m～1mm的电磁波，既具有电磁波的性质，又不同于普通的无线电波和光波。微波相对于波长较的电磁波具有下列特点：①空间辐射的装置容易制造；②遇到各种障碍物易于反射；③绕射能力较差；④传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等的影响很小；⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例、水对微波的吸收作用最强。
微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成部分。微波振荡器是产生微波的装置。由于微波很短，频率很高(300MHz～300GHz)，要求振荡回路有非常小的电感与电容，因此不能用普通晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有速调管，磁控管或某些固体元件。小型微波振荡器也可以采用体效应管。
由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(波长在10cm以上可用同轴线)传输，并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构结和形状。常用的天线有喇叭形天线和抛物面天线等。
由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。根据这一原理，微波传感器可分为反射式与遮断式两种。
1、反射式传感器
这种传感器通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间间隔来表达被测物的位置、厚度等参数。
2、遮断式传感器
这种传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小，来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数。
微波天线技术是制约雷达、测量控制技术发展的瓶颈。与其他电子产品不同的是，微波天线的电气性能和整机功能，主要靠馈源网络的结构保证，因此，馈源网络的设计及工艺制造是天线产品制造的关键技术。
微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。
“九五”期间，为解决高精度微波天线设备的配套能力，针对天伺馈关键零部件研制周期长、加工手段落后和现代化生产管理条件差的问题，在有关部门的支持下，由国家重点投资并依托于中国电子科技集团公司第三十九研究所，开展了“天线系统关键零件柔性设计制造中心(简称柔性中心)”的科研建设工作。
本柔性中心以大中型天线系统为对象，重点围绕天线馈源、精密传动箱、天线成形模具等3个系列4种类型关键零件的研制生产建立设计制造一体化系统。目前，该项目已经建成投产。
八 微波天线的技术要求
1、微波天线应作为一个系统，而不是孤立的接收/发射终端。
2、要根据点拨传播条件设计微波天线，要有一定程度的极化和方向图分析。
3、微波天线要适应环境条件，方向图和区域要求相一致，并且允许在微波天线附近有障碍物存在。
4、微波天线要和车辆或平台综合考虑，设计微波天线时要考虑人手和身体的影响，及可能存在的干扰。
5、具有用户使用方便和可靠的性能，要有最少的可动部件和开关部件，高可靠度的机械性能。
九 微波天线的技术原理
微波天线由初级辐射器、副反射器、主反射器三部分构成。微波天线的原理和光学上的天文望远镜相似，天线用作发射时由喇叭相位中心点P向外辐射电磁能量，以球面形式辐射到 副反射面上，被副反射器截获后在射到主反射器上矫正为平面波使能量比较集中发射出去。
在微波通信系统中，微波天线的通信方式是点对点的接力通信。信号从一点的发信机能够传到另一点的收信机，这两点之间传输的电磁波是离不开天线的。天线性能的好坏，将直接影响到通信质量。如果天线出现问题，进行检修与处理时常常都要中断业务，在日常维护中天线也是微波传输部门维护重点。它的基本功能是沿馈线传播的电磁波变为自由空间传播的电磁波或将自由空间传播的电磁波变为是沿馈线传播的电磁波。所以说，天线是电磁波的出口和入口。对天线的基本要求是天线效率高，旁瓣电平低，交叉极化鉴别率高，电压驻波比低，工作频带宽，现在微波通信系统中常常采用的是卡塞格伦天线。
