李长源

（中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068）

0 引言

在日常生活中人们注意到，（其实地球人都知道）无论是海基还是陆基，也不管是机动的还是固定，所有的无线电设备或复合探测头，其天线都被设计在设备的最高处，同时当多个天线要完成同一功能且设备上层空间允许时，天线均安装在设备的最宽处，不仅如此，当电子设备还需要探测更远的目标时，天线口径面积与波长之比一般设计的都比较大，从而可以获得较大的天线增益，通过分析，其实这些知识和理念都是人们在自然界中向动物们学的，因为只有站的高，才能看的远，也只有睁大眼睛，才能看的清。下面我们将天线中所具有的一些特性与动物中所具有的一些特征进行分析和比较，看看是否具有一定的对应关系，同时该文也在此声明，在下面的分析中，有一些分析是形像意不像；而另一些分析则是意像形不像。如有勉强，硬是相关，死板硬套，敬请谅解。

1 分析与比较

在下面进行分析和比较时，为了对天线和动物们所具有的某些特性以及它们的部分表现进行一对一的分析与比较，现规定天线的特征标记用A表示，动物的特征标记用B表示，通过这样的对应比较，来分析他们的工作原理和生理特征，可以获得更多的知识和理念。

2 对应关系

1A许多电子设备的天线为机械扫描天线，在时域内，机扫天线往往由于转动惯量大，转动速度往往有限；

1B当动物需要观察非前方目标时，动物也可以通过转脖子、转身体和转耳朵的方式来实现，但速度也是有限的。

2A雷达及某些电子设备中有相控阵天线，在时域内电扫比机扫快的多；

2B动物们转动眼睛的速度比转动脖子的速度要快，比转动身体的速度更快。

3A雷达若使用机电扫一体天线，则雷达具有效率高，搜跟速度快的特点；

3B动物们若采用多器官同时转动来探测目标的方式，也可以提高捕获目标的速度。

4A对面天线和阵列天线而言，与波长之比，口径面积较大的天线一般增益较高，看的较远，否则看的较近；

4B与动物驱体相比，眼睛比较大的且瞬间速度较快的动物，一般看的较远，如猴类动物，站的高就能看的远，要求增益高，而大象驱体很大，但眼睛较小，这是因为瞬间速度有限，不必要很高的增益。

5A天线中有线天线和面天线之分；

5B动物的眼睛也有线源和面源之分。

6A抛物面天线若馈源发生故障，可以通过更换馈源的方式来恢复性能；

6B动物眼睛的眼底角膜若发生病变，可以通过更换角膜的方式来恢复功能；

7A线天线的特点是一个面波束比较宽，而另一个面波束比较窄，宽波束用于广角探测，窄波束用于精密定位；

7B眯眯眼动物（有些蛇类），同样也需要一个观察面宽，一个观察面窄，一个面搜索，一个面跟踪。

8A天线中设计有调零天线，其目的是提高天线的抗干扰能力，方法是通过调幅和调相，但当探测方向与干扰方向之间的夹角较小时，调零天线也无能为力；

8B动物们通过眯眯眼、缩放瞳孔、或闭只眼睛等方式，同样也是为了提高抗干扰的能力，但当观察方向与干扰方向的夹角较小时，动物们同样也无可奈何。

9A天线通过口径重构，可以构成天线单波束或同时多波束，多波束和宽波束用于搜索，窄波束用于跟踪；

9B变色龙的眼睛可以独立的进行控制，每只眼睛单独搜索，和起来完成跟踪，与口径重构天线的效果完全相同。

10A搜跟一体天线，实现容易，但严格的讲不能同时，有可能造成故此失彼；

10B变色龙的眼睛就是宽角搜索、定向跟踪，也不能完全同时，有失有得。

11A在比幅单脉冲天线中，接收机通过来波的幅度进行反复比较获得目标的方向；

11B某些爬型动物，如蛇类等动物，利用分叉的蛇信子对食物场进行幅度比较，并通过不断的收缩来求取食物场的方向导数，最终将沿食物场的梯度方向前进。

12A比相单脉冲天线是通过比较来波的相位获得来波的方向，但当来波方向处于天线的法向时，测向精度最高，这是因为两天线的相位差对方向的导数最大；

12B动物用眼睛观察物体或用耳朵探听声源时，动物们通过比较光流、声波时间差等信息获得观察方向，同样正视目标测向最准确。

13A天线中有透镜天线，目的是为了场的匹配，提高天线效率；

13B人们佩戴眼镜，是为了光学上的匹配，看的更加清楚（近视眼），也提高了清晰度。

14A在一般情况下，透镜的面积要大于天线的面积，以防止波的泄漏；

14B同样人们佩戴的眼镜，多数情况也大于眼睛的面积，以防止光的泄漏。

15A高增益天线一般看的比较远，定向能力也很强，但若要宽角覆盖，天线必须转动；

15B大眼睛、大耳朵的动物一般看的比较远，若想还要宽角覆盖，也必须转动驱体。

16A相控阵天线是由许多天线单元构成的，并且有平面阵和共面阵之分，性能很好，搜跟一体化；

16B在动物眼睛中，也有一种称为复眼，也类似于相控阵天线，有平面和共面之分，同样也能完成搜索和跟踪一体化的功能。

17A在抛物面天线中设计有天线的馈源，馈源是为了聚集电磁波的能量；

17B动物眼睛中备有眼底，眼底是为了聚焦光波。

18A天线为了将信号传至中心机，设计有馈线系统，传输电信号；

18B动物们的眼睛也有视神经，可传输光信号至中枢神经。

19A在天线辐射的波束中，除主波束之外，还产生有副瓣，副瓣较高时易受干扰，影响探测；

19B动物的眼睛也有余光，观察范围增大了，但定向视力下降，同样容易受到非观察光源的干扰。

20A电子设备为了提高探测范围和探测距离，可以采用有复合跟踪和复合探测的方式，目的是提高探测的可靠性；

20B动物们用眼睛、鼻子、耳朵、红外感知等器官综合探测物体，也是提高感知的可靠性。

21A通常情况下，高频天线体积小、重量轻、移动方便，但通讯距离有限，而低频天线恰好相反，如对潜通讯天线。

21B一般来说，小型动物，声音洪亮，移动灵活方便 ，同样作用距离较近，而大型动物恰好相反，移动缓慢，声音低沉，通讯距离很远（如大象）。

22A天线中有宽频带天线，甚至有倍频程天线，响应宽广，但各频增益难以实现最佳；

22B动物眼睛有宽光谱、声音有宽声带，响应增宽了，但敏感度降低了。

23A天线中有窄频带天线，天线增益及其它性能可以实现最佳，对该频段响应敏感；

23B动物的眼睛也有窄光谱、耳朵有窄声带，因此人们对某些光线以及某些声波无法探测。

24A天线中有天线座，作用是支撑天线、传输信号，是一个稳定平台；

24B动物有勃子、身体，作用同样是支撑感知器官、传输信号，也是一个稳定平台。

25A天线按频段分为高频天线和低频天线，高频天线一般定向能力较强，但空间衰减也大，而低频天线正好相反；

25B动物的声带也有高音和低音之分，但都进化到了最佳频段，如大象和鳄鱼等动物的音频很低但传输的就很远。

26A当天线发生故障时，设计的工作频率将产生偏移，如对数周期等天线；

26B动物有了病变，声音将变的嘶哑，有耳病的动物听频也产生漂移。

27A设计的天线中有诱饵天线，其作用是诱偏来袭导弹，然后对其进行打击；

27B动物也设计诱饵，作用是诱骗其它动物，然后将其抓获，如响尾蛇和某些深海鱼类。

28A天线中部分设计有天线罩，作用是保护天线不受外部环境的影响，但副作用是天线罩对电磁波产生反射并有插入损耗；

28B人们佩带防护镜、带耳套，作用也是保护器官不受外部环境的影响，副作用也是影响器官的感知灵敏度。

29A天线中有隐身天线，作用是降低其它电子设备的探测能力；

29B动物有伪装措施，如变形、变色、装死等方式，作用也是降低其他动物的识别能力。

30A天线中有喇叭型天线，一般情况增益高、定向能力较强；

30B动物有长耳朵，定向能力也很强，如食草类动物。

31A天线中有对数周期天线，特性是频带宽，形态是辐射振子多，特点是前边振子短后边振子长。

31B动物中某些昆虫的触角，其外形和作用几乎和对数周期天线完全相同，触角前边短、后边长。

32A天线通过移动，再经中心机分析以后，对目标可以成像，如合成孔径雷达；

32B动物通过躯体的移动，再经大脑分析以后，对物体可以看的更加清楚（不识庐山真面目，只缘身在此山中就是没有全向观察，因此不能成像）。

33A天线中有贵族天线如相控阵天线，性能优、价格高，大多数情况可以替换其它天线；

33B动物中有高等动物(人)，智商高、能力强，大多数情况可以征服其它动物。

34A当多单元构成一个天线系统时，个别单元发生故障后，整体还能工作，但性能指标就会下降；

34B当动物的多个感知器官个别发生病变时，生命还能维持，但生活质量指标下降。

35A某些电子设备有的不用天线也能工作，如mp3等设备；

35B个别动物没有眼睛或其它部分感知器官还能生存，如一些深海鱼类。

36A电子设备加电之后，消耗了电能，天线工作才有意义；

36B动物进食之后，消耗了食物，有了生命，器官探测才有价值。

37A相控阵天线在波束扫描时，随着扫描角度的增加，天线的增益将会下降；

37B同样动物用眼睛观察目标时，随着观察角度的增加，视力也将下降。

38A相控阵天线在波束扫描以后，天线的法线方向副瓣较高，远角副瓣变弱；

38B同样动物用眼睛斜视目标时，面部前方余光较强；远角余光变弱。

39A用二元阵因子的天线为扩大覆盖范围，可反向而装，如通信天线，结果覆盖扩大，增益下降；

39B食草动物为提高防备范围，两只眼睛长在头的两侧，结果视野变大，前方视力下降。

40A电子设备在用天线进行精密跟踪时，接收机进行脉冲积累，代价是时间；

40B动物用眼睛凝视目标时，用时间换取跟踪精度，代价同样也是时间（如凝视飞机）。

41A雷达天线通过增加脉冲宽度，可以探测到更远、和更小的目标；

41B动物通过提高注意力，感知器官可以得到更小和更弱的信号。

42A天线收到信号后，必须经电子设备的中心机进行处理，才能对信号进行分析和比较；

42B动物的感知器官收到信号以后，也必须经中枢神经进行处理，才能得到正确的分析和判断。

43A天线中采用二元阵天线，目的是测量目标的距离和方向；

43B动物们都有两只眼睛、两只耳朵，闭只眼睛，无法测距，测向精度也将下降。

44A天线中当二元阵的单元因子相同且指向同一方向时，可以实现等幅同相叠加，天线增益最高；

44B食肉动物目视前方（单元因子向前）也是最佳值相加，结果提高了视力。

45A当二元阵的单元因子相同，但单元指向有一加角时，可以增加视角范围，实现宽角覆盖，但前方视力将下降，如食草动物，如图1所示。

图1 食肉动物与食草动物之区别

46A空中和海中电子设备，经高增益天线和高灵敏度接收机，克服了空间衰减和水面的反射可以观察到对方；

46B空中飞禽和海中生物通过眼睛克服了空间衰减和水面对光线的反射也可以看到对方。

47A电子设备的天线只要经常维护，避免在恶劣环境中工作，可延长使用寿命；

47B动物的感知器官只要珍惜，避免恶劣环境对器官的伤害（如长时间的收看电视或高音量下听音乐等），同样可以保证使用寿命。

48A部分天线中设计有扼流槽，目的是降低天线的表面波及后向绕射；

48B有些动物长有眼下线，如猎豹，作用是减少地面光线的反射，吸收部分不必要的光线。

49A在反射面天线的边上增加围裙，可以提高天线的增益，降低天线的远角副瓣；

49B有些动物在眼睛或其它器官的周围长有辅助感知器官，如猫头鹰眼睛的周围长有碟型头毛，可提高感知的灵敏度，降低干扰。

50A在比相单脉冲天线中，接收机通道若不进行相位校准，就无法测向，即是测了也不正确；

50B动物用睛眼观察物体时，也要进行时间的积累和校准，否则无法判断，如新出生的动物。

51A天线中有双波段或多波段共用孔径天线，如多馈源、多极化天线，目的是适应不同的目标和环境；

51B动物有双眼底共用眼球的功能，目的是适应不同的目标和环境；如师子等动物。

52A天线中部分器件发生故障以后，设备整体性能有所下降，但整机还能工作；

52B动物部分感知器官失灵，生活质量降低，但还能生存。

53A给一些天线加上一个反射器，就可以改变最大辐射方向，随人所愿；

53B人们利用一个反射镜，就可以改变观察物体的方向，如人所意，如潜望镜、汽车后视镜等。

54A八木天线通过增加纵向的长度，提高了天线的增益，但减少了探测的覆盖范围；

54B人们利用一个望远镜，通过增加长度，扩大镜面，提高了观察距离，但减少了观察覆盖的范围。

55A在比相单脉冲天线中，为了提高测角的精度，可增加两天线单元的基线长度，如干涉仪的天线；

55B动物们为了提高对目标的观察精度，已将自己的眼睛、耳朵等进化至头部的最宽处。

56A某些陆基电子设备，为了看得远、看得清且运输安全，可将天线升高或降低；

56B有些动物，特别是小型动物，也可将自己的探头升高或降低，观察时升高、行动时降低。

57A一般而言，天线的寿命长于整机，即是整机的寿命终结，天线还可再利用，如电视、雷达等电子设备；

57B通常情况，动物感知器官的寿命也长于动物自身的寿命，即是动物身亡，器官还可捐献，如眼角膜等。

58A天线通过赋型，可以实现空间希望的波束形状；

58B动物情绪变化时，通过瞪眼睛的方式，或食草动物的一只耳朵向前、另一只向后的方式同样可以改变观察注意的区域。

59A有些天线经极化变化天线罩以后，改变了天线的极化方向，以适应不同的目标；

59B人们佩带特殊的眼镜，也是可以改变光线的极化方向，适应不同的环境。

60A天线通过专用设备测试以后，就可以得知天线的性能；

60B动物的感知器官通过专用设备检查以后，也能得知功能的好坏。

61A雷达通过天线可进行无源探测（被动），但当外辐射源静寞时，无源探测将失效；

61B动物用眼镜等器官感知周围世界时，也是无源探测，当无外辐射源时，探测也将失效。

62A雷达天线无源探测失效时，可进行有源探测；

62B动物无源感知失灵时，也可进行有源探测，如蝙蝠等动物。

63A当二元阵列天线中的一个单元方向发生改变以后，则二元阵列天线的方向图随之变化；

63B食草动物的一个耳朵改变方向，同样也影响合成的效果。

64A一般前馈抛物面天线存在有口径遮挡，通常会影响天线的增益及副瓣电平，

64B动物眼睛发生病变时，可能出现白内障，该遮挡通常也会影响动物的视线。

65A天线中有发射天线和接收天线，也有收发共用天线；

65B动物中有雌性动物和雄性动物，也有雌雄共体动物。

66A天线附件中有阳接头也有阴接头；

66B很显然这些接头的命名都源于动物。

3 总结

每一种动物，都有一个精彩的故事，每一个故事，都有其独特的传奇。动物们是通过各种感知器官来探测周围的世界，我们也用各种天线来探测不同的目标，总之我们人类一直在认识自然、研究自然，再到利用自然的过程中得到了自身的发展，尽管如此，由于动物资源仍是一个无穷的宝库，动物身上还有许多知识有待我们来研究发现，在很多方面，动物的能力都已超过了我们人类，如大多数犬类动物的嗅觉都已超过了我们人类所设计的仪器灵敏度，因此我们还应认真研究，刻苦钻研，继续努力！努力！

[1]林昌禄.天线工程手册[M].北京:电子工业出版社,2002.

[2]Robert J.Mailloux.相控阵天线手册[M].北京:电子工业出版社,2007.