何以在噪声海洋中锁定微弱回波?

当目标信号经大气吸收、雨衰和多径散射后已降至毫微瓦级，雷达接收器天线仍能“听”见它的呼吸。凭借方向图、增益与噪声控制的精妙平衡，这枚看似普通的金属或贴片，构成整部雷达最敏锐的“耳朵”。

一、雷达接收天线的任务与环境

在发射链闭嘴、回波能量被大幅削弱时，接收天线肩负三重角色：

聚能——将尽可能多的散射能量集中到前端低噪声放大器(LNA);

滤波——通过方向性抑制旁瓣与无关干扰;

稳相——为后续的相参处理提供相位一致的信号。

因此，它必须同时抵御热噪声、宇宙背景噪声与本振泄漏。

二、衡量优劣的核心指标

三、常见接收天线结构

抛物面与卡塞格林：大口径、远距警戒雷达常用。

缝隙波导阵：舰载对海，耐盐雾、宽温域。

微带贴片阵：车载 76–81 GHz 毫米波雷达主流，易批量 PCB 制造。

螺旋/对数周期：宽带、圆极化，适用于 ELINT。

有源相控阵(AESA)：阵元后接TR模块，可在同一孔径内收发切换，俯仰及方位快速电子扫描。

四、设计维度深挖

1. MIMO 与虚拟阵元

3 发 4 收的车载毫米波 MIMO 方案可通过稀疏排布在 PCB 上合成 12 个虚拟阵元，显著提高俯仰分辨力同时维持紧凑尺寸。

2. 噪声优化链

天线口径→最短同轴/微带→LNA：缩短 0.5 dB 损耗可等效降低系统 NF 0.5 dB。

低温系 GaAs/GaN LNA 与温度补偿完成级联 NF 控制。

3. TR 模块一体化

在 X 波段 AESA 中，四通道 TR 模块采用 LTCC 基板 + GaAs MMIC，将功放、LNA、移相器、T/R 开关封装到 30 mm² 封装，插损 < 1 dB，简化阵列布线，从而减小前端噪声占比。

4. 天线罩与相位校准

弧形 PTFE 雷达罩可减少方向图畸变，SoC 级相位校准可将俯仰角误差压到 0.2° 以内。

5. 频段与材料匹配

L、S 波段：玻璃钢罩，成本低、介电常数稳定;

C、X 波段：蜂窝夹层铝或碳纤维基复合材料，兼顾轻量与热稳定;

毫米波：氟塑料 (PTFE)、低εr 陶瓷，减少介质损耗。

五、应用横截面

六、挑战与趋势

超宽带数字波束形成：射频直采 + FPGA/SoC 下变频后数字加权，消除模拟移相误差。

天线-通信共孔径：共享 5G 毫米波通信与雷达功能，提高车载平台经济性。

片上天线 (AoP)：硅基毫米波雷达 SoC 上直接镀铜阵元，封装厚度 < 1 mm。

低剖面共形化：利用柔性 LCP 基板贴合机身/车体曲面，减小 RCS 并降低风阻。

雷达接收器天线并非孤立元件，而是感知链路的起点、系统噪声的决定者、方向图优化的关键。从传统抛物面到智能 AESA，再到片上天线，设计者始终在尺寸、增益、带宽与噪声之间寻求最优折中。未来，随着数字波束形成和材料科学的进步，这只“耳朵”将变得更轻、更聪明，也更能适应从无人机到深空探测的多样场景。