我們知道，減小旁瓣往往會(huì)增加主瓣寬度，反之亦然。為了獲得預(yù)期的波束寬度關(guān)鍵在于主瓣的設(shè)計(jì)，而旁瓣通常會(huì)產(chǎn)生不利的影響，因?yàn)榕园晔菍?dǎo)致主瓣增益減小、掩蓋小目標(biāo)、引入虛假目標(biāo)以及其它信號(hào)偽影的原因所在。

大部分減少旁瓣的方法對(duì)發(fā)射/接收天線方向圖都適用，但是通常會(huì)降低發(fā)射效率。由于系統(tǒng)的性能是一個(gè)與發(fā)射天線方向圖和接收天線方向圖的乘積有關(guān)的函數(shù)，因此通常會(huì)盡可能地減少旁瓣來提高系統(tǒng)的接收能力。

振幅加權(quán)

根據(jù)特定的條件，我們對(duì)每個(gè)單元的增益和相位進(jìn)行校準(zhǔn)來優(yōu)化陣面的性能、增強(qiáng)主瓣、減小旁瓣，這個(gè)過程被稱作加權(quán)。

在發(fā)射和接收模式中，通過減小陣面邊緣波束的功率都可以減小旁瓣。然而，減小旁瓣的同時(shí)也減小了有效孔徑尺寸，加寬了主瓣的寬度。在發(fā)射模式中，非均勻的加權(quán)是有問題的，因?yàn)楣Ψ磐ǔ９ぷ髟陲柡蜖顟B(tài)下，當(dāng)其在非飽和狀態(tài)下工作時(shí)會(huì)降低效率。對(duì)于發(fā)射和接收模式，被減小的有效面積都被稱作孔徑效率或者孔徑錐度效率。

加權(quán)一般適用于陣面中獨(dú)立的單元或者連續(xù)源的整個(gè)孔徑。如果權(quán)重是實(shí)數(shù)，其只對(duì)振幅產(chǎn)生影響；如果權(quán)重是虛數(shù)，其對(duì)振幅和相位都產(chǎn)生影響。對(duì)陣面的加權(quán)是很簡(jiǎn)單的；通過對(duì)增益和相位的控制也能實(shí)現(xiàn)可變的權(quán)重，同時(shí)也能改變波束指向。

當(dāng)權(quán)重一致的時(shí)候，主瓣峰值增益最大。這種情況通常用在發(fā)射模式中，因?yàn)樗茏詈玫乩糜行Чβ省＿@就使接收模式承擔(dān)了減少旁瓣的任務(wù)，因?yàn)槭瞻l(fā)天線方向圖（發(fā)射天線方向圖和接收天線方向圖的乘積）共同決定了系統(tǒng)的性能。

如果我們處理收發(fā)兩用的天線方向圖，例如雷達(dá)，我們通常選擇與發(fā)射權(quán)重不一致的接收權(quán)重，使得其中一個(gè)的最小值與另一個(gè)的最大值保持一致，目的是減少兩種模式下峰值旁瓣電平。

旁瓣是由于陣面邊緣不連續(xù)引起的。反射面天線通常處于照射的狀態(tài)下以減少或消除邊緣影響。同樣的方法在電子掃描陣列中也很容易實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)的效果是減少天線的有效面積，從而降低了天線增益，加寬了主瓣寬度。此方法的靈活性是以每個(gè)輻射單元的低效利用為代價(jià)的，例如實(shí)際輻射功率低于最大輻射能力。

增益損失可以通過孔徑效率進(jìn)行量化，將陣面的增益與所有單元增益的和進(jìn)行比較（均勻照射的情況）。

峰值旁瓣比

旁瓣在天線方向圖中是普遍存在的，一般只會(huì)帶來負(fù)面影響。這個(gè)問題與目標(biāo)探測(cè)和圖像處理的模糊性息息相關(guān)。對(duì)于目標(biāo)探測(cè)，旁瓣探測(cè)到的大目標(biāo)類似于主瓣探測(cè)到的平均值，可能會(huì)掩蓋小目標(biāo)。

對(duì)于圖像處理，旁瓣可能會(huì)復(fù)制場(chǎng)景圖像，抵消低層圖像的實(shí)際場(chǎng)景，產(chǎn)生混亂圖像的偽影。此外，旁瓣為噪聲進(jìn)入系統(tǒng)提供了一條路徑，但是沒有與噪聲相應(yīng)的信號(hào)。為了抑制旁瓣付出了很多努力。

峰值旁瓣比的計(jì)算是很容易的。峰值旁瓣比是與主瓣增益相比，最大旁瓣的增益。對(duì)于均勻照射的方孔，峰值旁瓣比為-13.2dB。對(duì)于均勻照射的圓孔，峰值旁瓣比為-17.6dB。我們需要更小的峰值旁瓣比，一般在-30~-50dB之間。對(duì)于沒有柵瓣的天線方向圖，最大旁瓣通常靠近主瓣。然而，對(duì)于有柵瓣的天線方向圖，最大旁瓣可能出現(xiàn)在距離主瓣很遠(yuǎn)的位置。

積分旁瓣比

積分旁瓣比是一個(gè)更加復(fù)雜的參數(shù)，其定義為旁瓣的總能量與主瓣的總能量的比值。一個(gè)類似的特征參數(shù)就是主瓣功率占總功率的百分比，它可以寫成1/（1+ISLR）。例如，ISLR是-10dB，那么主瓣功率占總功率的百分比為91%。ISLR將干涉或者噪聲信號(hào)分布在整個(gè)天線視場(chǎng)中，相比于PSLR，其或多或少都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

天線方向圖是二維的，因此需要通過一個(gè)立體角進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于半球狀的天線方向圖是立體弧度。帶角度的方向圖可以以等間隔進(jìn)行采樣，為了計(jì)算每個(gè)樣本的相關(guān)功率，有必要在積分中引入系數(shù)。如果帶角度的方向圖是以等間隔進(jìn)行采樣，那么有必要在積分中引入系數(shù)。

ISLR是SAR性能的一個(gè)重要特征參數(shù)，它反映了圖像的背景噪聲。通常利用收發(fā)共用的天線方向圖的ISLR來評(píng)估SAR圖像質(zhì)量。在計(jì)算ISLR 時(shí)需要在主瓣和旁瓣之間建立一個(gè)邊界。主瓣可定義為最大增益區(qū)域周圍的最小輪廓，該輪廓線保持緊湊的形狀，一般是凸形。對(duì)于均勻的照射，該邊界即是主瓣兩側(cè)第一零點(diǎn)的位置。

這個(gè)定義對(duì)于主瓣來說是比較寬松的，因此計(jì)算得到的ISLR值相對(duì)于其他定義計(jì)算得到的值略好（較小）一些。由于是對(duì)采樣后的天線方向圖進(jìn)行計(jì)算，因此計(jì)算值會(huì)隨著采樣間隔而變化。可以通過MATLAB的ISLR.m進(jìn)行計(jì)算。

主瓣波束定義：（a）包含16×16個(gè)單元的陣面的主瓣波束輪廓線由粗紅線表示；（b）中心輪廓線的環(huán)狀區(qū)域是表示輪廓線電平的函數(shù)

上圖顯示了一個(gè)理想的天線方向圖，通過3dB間隔處的輪廓闡述了ISLR的定義。圖a中的候選輪廓是一個(gè)被均勻照射的16×16陣面，每個(gè)陣元的間距是。在此圖中，主瓣輪廓線由一條粗紅線表示，其電平為-48dB，形狀大致為帶圓角的方形。這個(gè)選擇比準(zhǔn)確的零點(diǎn)位置略小。若選擇準(zhǔn)確的零點(diǎn)位置，將產(chǎn)生一個(gè)完美的方形輪廓。此誤差可以忽略不計(jì)。

圖b顯示了主瓣的立體角與選擇的輪廓電平的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在所選的電平下，該曲線本質(zhì)上是一條垂直的線，這說明較小的輪廓電平不會(huì)對(duì)主瓣的立體角產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的影響。

等效的波束寬度是根據(jù)具有相同立體角的圓錐體計(jì)算得到。該波束寬度大概等于第一零點(diǎn)波束寬度，大于常用的3dB或10dB波束寬度。

PSLR和ISLR與孔徑尺寸的關(guān)系（a）方孔（b）圓孔

小的孔徑將產(chǎn)生較大的主瓣波束寬度以及相當(dāng)少的旁瓣。相應(yīng)的，小孔徑的ISLR值低于大孔徑的ISLR值，大孔徑產(chǎn)生的大部分旁瓣在實(shí)空間中。上圖描述了PSLR和ISLR與孔徑尺寸的關(guān)系。PSLR幾乎是一個(gè)常數(shù)。對(duì)于大孔徑來說，ISLR的數(shù)值接近一條漸近線。改進(jìn)后的小孔徑使得實(shí)空間中的旁瓣功率更小。將小的陣元排列在大的陣面中，能夠抑制遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣。

下表總結(jié)了在一個(gè)64×64的單向方形陣列中，陣元間隔，利用三種不同的加權(quán)方法得到的天線方向圖的特征參數(shù)。

審核編輯 ：李倩