主瓣、栅瓣和旁瓣的定义

~ 姓名：武志霞；学号：20021110081；

【嵌牛导读】我们在信号处理中常常提到主瓣、旁瓣、栅瓣，其具体定义是什么呢？

【嵌牛鼻子】主瓣、旁瓣、栅瓣

【嵌牛正文】

天线方向图

一、雷达天线

雷达天线可用方向增益、功率增益和有效孔径三个参数来表征。在归一化的时候，功率增益图和方向图统称为天线辐射方向图。

发射天线的方向性可定义为：最大辐射密度/平均辐射密度，孔径效率越高越高，理想情况下要求其值等于1.

一般阵列天线都由两个或多个基本辐射源构成，也即是合成天线。每一个辐射源称作一个阵元。采用电子扫描方式的阵列就是所谓的相控阵，这在军舰上尤为常见，因为电子扫描可以控制馈送给阵元的电流相位，其灵活性和特殊的多功能雷达用途使得其比较热门，所以尽管相控阵搞起来花钱多，设计复杂，却依然是某些特殊场合下的首选。

二、阵列因子

一般情况下，已下阵列因子可以完全表征一个阵列。（1）3db带宽  （2）零值带宽 （3）主峰至第一旁瓣距离 （4）第一旁瓣/主瓣 （5）零点位置 （6）栅瓣位置

三、主瓣、旁瓣

1. 最大辐射波束叫做主瓣，主瓣旁边的小波束叫做旁瓣。

2. 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。

3. 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。

4. 波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

5. 旁瓣使声能量扩散，衰减增多。目前减少旁瓣的最简单的方法是：减少物体的尺寸，使其小于或者等于波长的一半，此时将不会产生旁瓣效应。

6.栅瓣的幅值等于主瓣的幅值。

四、MATLAB Code

clear all 

close all

eps = 0.00001; %这里普及一下eps的概念

<span>%eps是一个函数。当没有参数时默认参数是1.返回的是该参数的精度。

%也就是说单个的eps实际上是eps(1)，表示的是1的精度。

%这里要说一下精度的概念。浮点数所能表示的数值范围是很大的，但是浮点数不是无限的，连续的和稠密的；</span>

<span>&而是有限的，离散的和稀疏的，而且每个数的精度都不一样。越是靠近0，精度越高，反之则越低。</span> 

<span>%eps返回的是1的精度。指的是1和离他最近的浮点数之间的距离。

%我们输入eps可以看到1的精度。

%也就是说离他最近的浮点数和他相差eps(1)。我们可以计算1+eps，他就是离1最近的浮点数。

%如果我们计算出的数介于这两者之间，系统就会自动把它舍入到离他最近的数。</span>  <span>1+eps*3/5离1+eps近，</span><span>所以1+eps*3/5≈1+eps；</span>

<span>1+eps*2/5离1近，所以1+eps*2/5≈1，而1+eps/2在正当中，系统自动把它舍入到1，即1+eps/2≈1 

%如果我们输入eps(2)可以看到2的精度，它只有1的精度的一半。即eps(2)=eps*2

%因此系统会认为2+eps≈2，而2+eps*6/5≈2+eps*2=2+eps(2)</span>

k = 2*pi;%周期函数周期

theta = -pi : pi / 10791 : pi;%设定范围大小

var = sin(theta); %Matlab 函数var定义：均方差； 

Matlab 函数var功能：var函数实际上求的并不是方差，而是误差理论中“有限次测量数据的标准偏差的估计值”；

Matlab 函数var应用：

X=[1,2,3,4]

var(X)=1.6667

nelements = 8;%元素个数

d = 1;        %  d = 1;

num = sin((nelements * k * d * 0.5) .* var);

if(abs(num) <= eps)

num = eps;

end

den = sin((k* d * 0.5) .* var);

if(abs(den) <= eps)

den = eps;

end

pattern = abs(num ./ den);

maxval = max(pattern);

pattern = pattern ./ maxval; 

figure(1)%阵列方向图

theta = theta +pi/2;%留下小思索，自己想想为什么要加pi/2

polar(theta,pattern)

title ('阵列方向图')

figure(2)%功率方向图

polardb(theta,pattern)

title ('功率方向图')

举例

使用相控阵探头会产生的一个现象是会生成不希望出现的栅瓣和旁瓣。

出现栅瓣和旁瓣这两个紧密相关的现象是由于探头发出的部分声能以不同于主声程的角度传播造成的。

这种现象不仅限于相控阵系统，在使用常规探头时，随着晶片大小的增加也会出现旁瓣现象。

这些不希望出现的声波会从被测工件的表面反射，并会使图像中出现虚假缺陷指示。

晶片间距、晶片数量、频率和带宽都会对栅瓣的波幅有很大的影响。

下面的声束图比较了两种声束形状：

在探头孔径近似的情况下，左图中的声束由间距为0.4毫米的6个晶片生成，右图中的声束由间距为1毫米的3个晶片生成。

左侧图中的声束形状类似锥形；右侧图中的声束在其中心轴两侧约30度方向上生出两个多余的波瓣。

只要阵列中单个晶片的尺寸等于或大于波长，就会产生栅瓣。

当晶片尺寸小于波长的一半时，不会产生栅瓣。（晶片尺寸在半个波长和一个波长之间时，是否产生栅瓣取决于电子偏转的角度。）

因此在某项具体应用中使栅瓣最小化的最简单的方法是使用小晶片间距的探头。

使用特别设计的探头，如：将大晶片分割为较小的晶片，或改变晶片间距，也可以减少不需要的波瓣。

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潜江市18255634015： 通信工程的阻发滤波器是什么东西? 主瓣和旁瓣分别是什么?？
狐杭乖孩： <p>没有这个概念吧.滤波器通常用的有:低通、带通、带阻、高通;</p> <p>主瓣通常指Sa(x)=sinx/x函数或与之有关的函数图像(例如频谱)中从负到正第一个完整的瓣,旁瓣是指后面其他的低矮的瓣.</p> <p></p>

潜江市18255634015： 有谁能解释一下主瓣、副瓣、旁瓣、栅瓣是什么意思? - ？
狐杭乖孩： 是你的意思

潜江市18255634015： 旁瓣和副瓣是一回事么? - ？
狐杭乖孩： 方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣.参见上图,在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度 或主瓣宽度或半功率角).波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强.还有一种波瓣宽度,即 10dB波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB (功率密度降至十分之一)的两个点间的夹角.天线方向性好,副瓣抑制高,对其他小区干扰低.副瓣和旁瓣应该是一回事!

潜江市18255634015： 何谓超声诊断中的旁瓣伪像? ？
狐杭乖孩： 旁瓣又称“侧瓣”.它是探头的声束剖面中,主瓣外的声束,围绕主 瓣呈放射状分布.旁瓣所集聚的声能少于主瓣.旁瓣对声像图的影响很大,是产生声像图 伪像的重要原因之一.它可产生于任何类型的探头,探头愈小,产生的旁瓣相对愈多.探 头内每个晶片都可产生旁瓣.由于机械探头只有一个晶片,所以产生的旁瓣强度弱,对图 像的影响小.旁瓣在人体介质中传播时,具有与主瓣完全相同的声学特性,所以,尽管其 强度小,但是遇到声阻抗差较大的界面时,能够干扰甚至掩盖主瓣形成的正常回声或有价 值诊断信息,使图像出现复杂的伪像,即旁瓣伪像.旁瓣伪像在使用相控阵探头时较为突 出,几乎随时都可能出现.旁瓣伪像的最常见类型有三种:位置显像假象、回声强度假象 和距离测量失真.

潜江市18255634015： 什么是旁瓣效应 - ？
狐杭乖孩： 超声效应主要指超声本身的一些比较复杂的物理效应,它经常在超声诊断的图形中伴生,由此可造成图像伪差imaging artifact,致使错误分析.常见的超声效应可分为如下10种. 旁瓣效应(side lobe effect)系指第1旁瓣成像重叠效应.声源所...

潜江市18255634015： 雷达的前瓣、旁瓣、尾瓣是干啥的??? - ？
狐杭乖孩： 雷达的照射(或接收)是有指向性的,而且是复杂指向性.指向性函数R(sita)=Pa(sita)/Pa(0)这个函数随角度sita的大小变化很大,正前方是主极大值,即主瓣.在其他的某几个方向也可能会有较强的指向,称旁极大,即旁瓣.而在和主瓣相反的方向也有可能出现很小的相应,就是尾瓣.简单地说,雷达锁定某一个目标,就是用主瓣.同时,在别的方向甚至背后还有别的辐射,那就是旁瓣、尾瓣.指向性不好,旁瓣、尾瓣就会变大,同时主瓣变小,导致探测能力下降,而且雷达本身也容易被探测到.

潜江市18255634015： 天线方向图的特性参数 - ？
狐杭乖孩： 为了方便对各种天线的方向图特性进行比较,就需要规定一些特性参数.主要包括:主瓣宽度,旁瓣电平,前后比,方向系数等 1.主瓣宽度:是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量.通常取天线方向图主瓣两个半功率点之间的宽度. 2.旁瓣电平:是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣的电平,一般以分贝表示. 3.前后比:是指最大辐射方向(前向)电平与其相反方向(后向)电平之比,通常以分贝为单位. 4.方向系数:在离天线某一距离处,天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比.

潜江市18255634015： 天线的方向性 - ？
狐杭乖孩： 若干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生“扁平的面包圈” ,把信号进一步集中到在水平面方向上. 下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图. 也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向,平...

潜江市18255634015： 天线测量的主要参数 - ？
狐杭乖孩： 大家都知道,没有夭线也就没有无线电通信.那么,天线为什么能发射(接收)无线电波呢这需要从两根导线上的感应电流说起.当距离很近的两根导线上有交变电流流动时(见图1一25A) ,导线上的感应电流大小相等、方向相反,电场被束...

潜江市18255634015： 天线术语 grating lobes是什么意思? - ？
狐杭乖孩： 旁瓣(Side Lobes) 也就是除了主瓣以外的部分