自適應天線 電子科大2.0

第二章陣列天線及其相控陣概述2.1一維直線陣分析1均勻直線陣的陣因子為1.無柵瓣條件第二個不等式更為嚴格，因此要求2.零點位置由3.波瓣寬度波瓣寬度指方向圖主瓣的半功率點之間的夾角，可由下式解出掃描時，由側射陣的波瓣寬度為端射陣的波瓣寬度為4.副瓣位置和副瓣電平副瓣位置是指副瓣最大值所對應的角度，可由計算副瓣電平可由下式求出5.方向性系數7

對于指定的旁瓣電平，其第一零點波束寬度為最窄；反之，對于指定的波束寬度，其旁瓣電平最低。綜合得到的方向圖為(NT為陣元數量)由于主瓣與副瓣之比r>1，因此其中M=NT-1,2.2一維直線陣綜合2.2.1.切比雪夫綜合法8

將陣列多項式與Chebyshev多項式進行匹配，使陣列的副瓣占據的區(qū)域，陣列的主瓣位于z0>1的區(qū)域，有

當NT

為偶數、陣元間距dx/0.5時，所需激勵如下:9

設計步驟：選取與陣列如下多項式同冪次（m=n-1）的切比雪夫多項式對于偶數個陣元對于奇數個陣元10選取主瓣與副瓣之比r，并從下式中解出x0.

引入新的總量w，使得此時。以w取代中的變量x，令故波瓣圖多項式和便可表示為w的多項式。11使切比雪夫多項式和陣列多項式相等，即由此可解出陣列多項式的系數，然后得到陣列的口徑電平分布。122.2.2泰勒綜合法

對于大型陣列，Dolph-Chebyshev綜合方法得出的是單調的口徑分布，因此該方法會導致口徑taperedefficiency降低.泰勒指出，由于Chebyshev方向圖的所有副瓣電平均相等，因此導致tapered效率的損失。對于大型陣列，這就意味著更多的能量將集中于副瓣內。13泰勒建議，可以設計這樣的方向圖函數，使得靠近主瓣的方向圖零點類似于Chebyshev方向圖，但遠離主瓣的零點位置對應于均勻分布的情況。

由泰勒綜合法得到的64個點源陣列的方向圖14副瓣比r即是F0

在z=0的值：

以上的理想方向圖對應于另

一類Chebyshev方向圖，其零點位置在：15為了匹配兩類零點，泰勒引入尺度因子σ

，通過調整零點的位置zn來拉伸空間因子，以使其中一個零點對應于。新的方向圖函數變?yōu)椋核枰目趶椒植伎梢哉归_為有限項的傅里葉級數，且該口徑分布函數在陣列的邊緣處導數為零。16口徑分布函數可以表示為172.2.3伍德沃特綜合法一個均勻照射的陣列方向圖有著如下的形式：均勻照射的陣列方向圖是一組正交波束的疊加，因此可以用來綜合所需要的方向圖。一個長度為

L=Ndx的陣列，在u空間中將有N個波束覆蓋大小為(N-1)/L的扇區(qū)，18

第i個波束由如下的相位步進

激勵：其中n取值與i相同，方向圖函數如下：

給定的方向圖函數E(u)可以由在ui上的N個取樣近似：

在每個陣元上的總電流即是形成所有波束的電流之和。對于第n個單元有：19

正交波束平頂方向圖的綜合20

由伍德沃特法綜合得到的64個點源陣列的脈沖形方向圖sinc基函數（i=-13）212.3相控陣掃描原理222.3.1波束躍度2324可以看出，為了降低波束躍度增加指向精度，需要增加移相器的位數；但是，移相器的結構尺寸和插入損耗也會相應的增加，顯然這是不切實際的，因此需要引入移相器虛位技術。252.3.2虛位技術位技術虛位技術就是用位數較少的數字式移相器來實現較小的波束躍度的技術。當計算該移相器所需要的相移值時，

原始值：應有值：實際值：（取值為的整數倍，需要按照一定的方式配相）

對于N元均勻線陣，如果采用5位數字移相器來取代9位數字式移相器，來實現波束躍度為0.2度的掃描波束（即9位移相器的最小波束躍度），則有以下的配相關系。這里p=1：n

在采用虛位技術舍去移相器最低四位之后，相當于將16個單元組成一個子陣，子陣內無掃描，但子陣間有掃描。

兩個方向圖相乘以后，波束指向將略往左偏移?！a生量化副瓣的原因例1：N=32均勻直線陣列，陣元間距為半波長，波控數p=1，計算所用的移相器位數是9，實際移相器的位數只有5：圖1-1虛位技術引起的寄生副瓣示意圖

圖1-2采用虛位技術的天線波束圖圖1-3采用虛位技術的天線波束圖（主瓣區(qū)域放大）

282.4相控陣設計概述2.4.1相控陣的結構組成292.4.2相控陣設計的關鍵參數302.4.3相控陣的輻射單元31(g)Foldeddipole322.4.3相控陣天線的T/R組件3334X波段T/R組件的演變安裝了T/R組件的相控陣352.4.4相控陣的饋電方式無源陣列有源陣列無源相控陣和有源相控陣36強制饋電方式等線長平面饋電等線長列饋37空間饋電方式38“磚塊式”和“瓦片式”相控陣“磚塊式”偶極子陣列“瓦片式”微帶陣列2.4.5相控陣的結構392.4.6典型相控陣介紹AN/APG-77●工作波段：X●單元數：2200●功率：16.4KW●體制：AESAPD波束銳化SARISAR●掃描范圍：+/－60●冷卻方式:液體冷卻）●最高分辨率:

0.3米（ISAR方式）●作用距離：160英里●跟蹤目標數量：30（空中目標），16（地面目標）40AN/APG-81F-35上的APG-81擁有1200個發(fā)射/接收模塊。APG一81的優(yōu)勢在于其對地工作模式，其合成孔徑雷達地圖測繪(SAR)/地面移動目標指示(GMTI)/海上移動目標指示能力等空對地/空對海工作模式上的性能則超過APG一77。雖然其對空中目標的探測距離遠小于F-22A，但是APG一81的對空中目標的探測能力要遠強于F/A一18系列和F-16系列戰(zhàn)斗機的機載脈沖多普勒雷達。另外，F-35的APG-81雷達在成本和重量上都只是F一22的二分之一，而且其工作壽命有望達到了8000小時41鋪路爪相控陣雷達是美國上世紀70年代為應對洲際導彈威脅而研制的遠程預警系統(tǒng)，其主要用途是擔負戰(zhàn)略性防衛(wèi)任務，該雷達采用雙面陣天線，工作頻率420~450兆赫，探測距離一般為4800公里，對高彈道、雷達截面為10平方米的潛射彈道導彈的探測距離可達5550公里。雷達峰值功率582.4千瓦，平均功率145千瓦，全部設備都安裝在32米高的多層建筑物內，兩個圓形天線陣面彼此成60度，每個陣面后傾20度，直徑約30米，由2000個陣元組成，掃描一次所需時間為6秒鐘，平均無故障工作時間可達450小時，平均修復時間為1小時。鋪路爪（PAVEPAWS）42海上巨眼平臺(Sea-BasedX-BandRadar,SBX)平臺高度：85米（280英尺）成員編制：86名雷達探測距離：2000公里（1242英里）排水量：50000噸此雷達包含許多小的雷達罩和一個重1814噸（4百萬磅）的相位陣列雷達天線，此相位陣列雷達占地384平方米，擁有超過3萬組傳送接收（T/R）模組，這些傳送接收模組大間格分布，這種分布方式使雷達可以追蹤極遠距離的目標，以支援戰(zhàn)區(qū)高度區(qū)域防御系統(tǒng)外大氣層目標導引所需，這個陣列雷達需要超過一百萬瓦的電力運作。43“宙斯盾”系統(tǒng)相控陣雷達AN/SPY-1/D功能：搜索、跟蹤、制導