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1、現(xiàn)代雷達技術第4章相控陣雷達本章介紹本章簡介相控陣雷達簡介多波束形成技術相掃基本原理空域濾波及數(shù)字波束形成引論相控陣雷達簡介相控陣雷達簡介相位控制陣列：多個天線單元排成，各陣元饋電相位按一定程序靈活控制，完成特定的空間掃描優(yōu)點：相掃，無機械慣性，快速波束捷變多目標、遠距離、高數(shù)據(jù)率、高可靠性多功能、多波束、自適應抗干擾缺點：波束寬度隨掃描方向變化相控陣雷達簡介相控陣雷達簡介（續(xù)）移相器控制波束的發(fā)射與接收無源陣：收發(fā)共用一個或幾個發(fā)射機和接收機有源陣：每個陣元都連有可提供所需輻射功率的收發(fā)（Ｔ/Ｒ）固態(tài)組件，即都是有源的固態(tài)組件的功率源是低功率的各陣元輻射功
2、率在空間進行合成各陣元輻射信號間相位關系固定，即相參各陣元的相位和振幅分布可按要求控制相控陣雷達簡介相控陣雷達簡介（續(xù)）有源陣的優(yōu)點:功率源直接聯(lián)在陣元后面，饋源和移相器的損耗不影響雷達性能；接收機噪聲系數(shù)由T/R組件中的低噪聲放大器決定陣元饋源和移相器功率容量低，輕便廉價大量低功率固態(tài)源取代易損壞的高電壓、大功率發(fā)射機，系統(tǒng)可靠性提高固態(tài)陣和數(shù)字波束形成及陣列信號處理技術相結合，天線性能改善潛力大相控陣雷達簡介相控陣雷達簡介（續(xù)）移相器：實現(xiàn)相掃的關鍵器件對移相器的要求：移相精確、性能穩(wěn)定、頻帶和功率容量大、便于快速控制、激勵功率和插入損耗小、體積小、重量
3、輕等移相器的種類：PIN二極管移相器、鐵氧體移相器、數(shù)字式移相器等多波束形成技術多波束形成技術收發(fā)都用多波束接收多波束，發(fā)射寬波束，收發(fā)覆蓋相同空域接收多波束用得較多，因為：功率弱，技術上易實現(xiàn)，控制和處理靈便多波束形成方法射頻延遲線、中頻延遲線、移相法、脈內(nèi)頻掃、數(shù)字波束形成（DBF）多波束形成技術多波束形成技術（續(xù)）射頻延遲線多波束形成系統(tǒng)多波束形成技術多波束形成技術（續(xù)）中頻延遲多波束形成系統(tǒng)多波束形成技術多波束形成技術（續(xù)）中頻延遲多波束形成系統(tǒng)多波束形成技術多波束形成技術（續(xù)）移相法實現(xiàn)多波束相掃基本原理相掃基本原理通過移相器改變各陣元激勵相位，實
4、現(xiàn)掃描N元直線相控陣天線假定所有陣元無方向性等幅同相饋電相鄰陣元激勵電流相位差為j相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）各陣元在q方向遠區(qū)某點輻射場的場強矢量和為等幅饋電時，各陣元在該點輻射場的振輻為E。以0號陣元為相位基準，則式中2pdsinq/l為波程差引起的相鄰陣元輻射場相位差相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）當j=y時，各分量同相相加，場強幅值最大定義歸一化方向性函數(shù)為相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）天線照射方向q0由移相器的相移量j決定在q0方向，各陣元輻射場由波程差引起的相位差正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相相加獲最大值，F(xiàn)(q0)=1改變j值，就可改變
5、波束指向角q0，從而形成波束掃描方向圖最大值方向同相波前垂直由天線收發(fā)互易原理，接收天線，結論相同相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）柵瓣問題在-90o~90o內(nèi)線陣單值測角條件：d≤l/2當d＞l/2時，在-90o~90o內(nèi)將出現(xiàn)柵瓣波束域（空域頻譜）混迭現(xiàn)象：柵瓣是主瓣在其它方向上的再現(xiàn)，空間信號欠采樣主瓣柵瓣柵瓣副瓣相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）方向圖函數(shù)當(pNd/l)(sinq-sinq0)=0,…,±np（n為整數(shù)）時，分子為0，若分母不為0，F(xiàn)(q)=0當(pd/l)(sinq-sinq0)=0,…,±np（n為整數(shù)）時，分子分母同為0，F(xiàn)(q)=1
6、，即F(q)可能出現(xiàn)多瓣相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）當q=q0時為主瓣，其余為柵瓣。只取一個周期-p~+p因
7、sinq-sinq0
8、≤1+
9、sinq0
10、，則無柵瓣條件相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）波束寬度波束指向法線方向，即q0=0，方向性函數(shù)得波束半功率（3dB）寬度相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）當d=l/2時，若要q0.5=1o，則需陣元N=100當波束指向q0任意時，在主瓣內(nèi)q?q0，得相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）因sinc()函數(shù)對參量sinq0的主瓣寬度處處一致，即Dsinq0=常數(shù)?q0.5，由微分Dsinq0=Dq0?cosq0，得任意q0
11、時的波束半功率寬度q0越大，波束越寬，例q0=60o，q0.5s?2q0.5相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）波束總是指向同相饋電陣列天線的法線方向同相波前MM’的有效天線孔徑為Ndcosq0掃描時的波束寬度相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）發(fā)射能量一定，q0?，波束?，天線增益?波束掃到q0方向，天線有效口徑是真實口徑在等相位面上的投影，對一維線陣有As=Acosq0，尺寸減小，此時波束指向處的天線增益為波束掃描角范圍通常限制在±60o或±45o內(nèi)。若要覆蓋整個360o，一般要用三至四個天線陣相掃基本原理相掃基本原理（續(xù)）各陣元有指向性時，若所有陣元的陣元方向圖F
12、e(q)一致，則總的陣列天線方向圖等于陣方向圖F(q
