天线极化的理论分析及在雷达对抗中的应用研究

梁文圆 1，杨溪 1，樊晓冬 1，赵海滨 1，牛佳琪 1

北方自动控制技术研究所 山西太原 030012

摘要：天线在现代无线通信中发挥着至关重要的作用，近年来已经成为全球研究的热点项目之一。天线极化作为电磁波发展中的主要特征，其雷达极化学更是现代雷达技术发展的重要分支。而研究雷达极化发展的最终目的是提高获取信息的极化能力，进而提高雷达设备的探测能力，以此来进行雷达极化成像等主体功能。通过加强对雷达的极化特性探讨并加以利用，也能在实际的雷达对抗中解决一些关键性的问题。对此，文章基于平面电磁波的电场矢量理论，分析当前天线极化的基础理论，并对其在雷达对抗中的应用进行探讨。

关键字：天线极化；雷达对抗；应用研究

前言：近年来，随着经济社会水平发展的不断提高，信息技术显然已经成为当前时代发展的重要标志。其中，无线通信作为当代通信手段中应用最为广泛的一种传播形式，对其的发展要求也面临着全新的挑战机遇。而天线作为无线通信中不可或缺的重要组成部分，不仅实现了电路信号与电磁波信号之间的协同发展，同时也是当前雷达天线设计与应用的主要技术。通过加强电线极化理论在雷达对抗中的应用，也能进一步提高雷达在信息获取上的处理能力。由此可见，将天线极化用于雷达对抗领域当中具有非常重要的战略指标含义，同时也能对未来雷达装备的研制以及在雷达对抗实验中的评估起到重要的参考意义。

1. 电磁波的极化类型

天线极化发展特征的来源主要是由于在天线辐射的过程当中，电磁波会在最大辐射的方向上对电场强度矢量存在空间取向。同时由于电场与磁场之间的发展有着稳定的恒定关系，所以在通常情况下，都通过其电磁波电场矢量的指向作为天线极化辐射发展的主方向。而所谓电磁波的极化特征，是指在某个空间的特定位置上，沿着电磁波的走向，电场矢量在空间内部随着时间的变化。当其变化轨迹呈直线状时，则称其为线极化；如果是一个圆状，则称为圆极化；对应的如果是一个椭圆，则称之为椭圆极化轨迹，如图一所示。

图一 空间内平面电磁波电场矢量的极化轨迹对照图

2. 天线极化的理论分析

由上文可知，天线的极化特征是根据电磁波的极化走向来确定的。即在天线走向最大效益的方向上发射的过程当中，其辐射电磁波极化可以利用到的最大功率方向为入射的电磁波极化^【1】。同时也可以了解到天线极化的形式，根据其空间走向可分为线极化天线、圆极化天线以及椭圆计划天线。那么假设以地面为参考面，线极化天线分为垂直极化与水平极化两种类型，那么当其最大辐射方向上的电磁波电场矢量垂直于地面作用时，则为垂直极化天线。对应的，当其最大的辐射方向电磁波电场矢量平行于地面参考面时，则为水平极化天线。其次，圆极化天线又可分为左旋圆极化和右旋圆极化两种形式。在天线的最大效益方向上，其电场矢量按照顺时针方向旋转的天线极化则为右旋圆极化，同理逆时针方向旋转的则为左旋圆极化。

在通常情况下，大多数的无线通讯以及雷达天线的应用中，多采用线极化天线的形式。但在雷达对抗中其设备通常属于高速运转且激烈摆动的状态，所以通常会利用圆极化天线。值得注意的是，线级化天线与圆极化天线都可以看作为椭圆极化天线的两种特殊状态。即椭圆极化天线可以分解成为两个幅度不同旋转角度相反的圆极化天线，同时也可以分解为两个幅度相位不同的线极化天线，但椭圆极化天线在实际案例的应用上较为少见。最后，天线极化在各个状态的发展下并非是恒定的，而是会随着时间的变化而发生改变。因此，只有将天线的极化方向发展为最大效益的方向才具有实际的战略性含义。例如，对于线极化天线的发展来说，其电磁波电场矢量的取向是会随着方向的角度而发生改变的。但对于圆极化天线来说，其电场矢量的最大增益方向就可以设定为圆极化。

3. 天线极化在雷达对抗中的应用

在天线极化对雷达对抗中的实际应用角度来说，雷达天线通常采用线极化的设计形式。例如将其机翼的形式作为平板单极子的天线，能够在一定程度上减轻对飞机结构以及飞机性能的组成影响。同时由于飞行器在运转的过程当中，如果在遇到不同方位的情况下，将会发生极化失配的现象，进而降低雷达设备的通信功能。在这里，如果合理运用圆极化天线就可以解决此类问题，其中圆极化天线的应用有点主要可以分为以下几个方面：

第一，任意一个天线极化所产生的电场矢量都可以分为两个相反旋转方向的圆极化波^【2】，例如一个线级化波可以分解为两个相同振幅且相反旋转方向的圆极化波，因此任意形式的天线极化波都能够被圆极化波所接受和改良。另外根据天线极化形态发展的相互作用，其圆极化天线所产生的电场矢量也能够被任意形态的极化天线所接收，这也是现代雷达对抗电子反侦查技术应用中普遍采用圆极化波的主体因素之一。

第二，圆极化天线发展的旋转方向呈正交性的主体特点，也就是说如果天线极化所产生的辐射为右旋圆极化波状态，但接收的天线辐射却只能对右旋极化波进行接收，而不能消化左旋圆极化波。那么根据天线极化发展的相互作用，反之在接收左旋圆极化波的过程当中，也不能对右其旋圆极化波进行接收，这种正交性的特点也被广泛应用于雷达极化分级以及卫星通讯技术和电子对抗等等。

结论：

综上所述，随着现代无线通信技术的迅速发展，天线极化作为其不可缺少的关键一环，对其的发展性能要求也日益增高。但由于天线极化发展受到几何尺寸、加工误差等因素的影响，在发展交叉极化的过程中总会出现失误。因此，对未来天线极化在雷达对抗的设计展望上，一般都希望其无论是在接收还是发射上都能抑制交叉极化的产生，进而提高雷达极化纯度。那么天线极化作为当前雷达对抗天线设计中的重要应用参数，通过对其电磁波电场矢量以及圆极化波特性的分析，可以了解到当前天线极化以及圆极化在雷达监视设备中的具体应用，对我国民航监视雷达天线的设计、安装以及维护都具有一定的参考价值。

参考文献：

1. 张照炎。圆极化天线旋向的差错问题[J]中国空间科学技术2002(2):36-38

2. 戴幻尧，李金梁，李永祯，等．实测雷达天线的空域极化特性测量及校正［J］.现代雷达，2010，30(7):83－86．

3. 李晓川. 波导缝隙天线极化特性分析与关键技术研究[D].哈尔滨工程大学,2012.

4. 陈强. 雷达极化中若干理论问题研究[D].国防科学技术大学,2010.

5. 罗佳. 天线空域极化特性及应用[D].国防科学技术大学,2008.

6. 陈菊.天线极化失配的理论分析及应用[J].空间电子技术,1998(04):48-53+63.