自適應(yīng)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(gè)不等式更為嚴(yán)格，因此要求2.零點(diǎn)位置由3.波瓣寬度波瓣寬度指方向圖主瓣的半功率點(diǎn)之間的夾角，可由下式解出掃描時(shí)，由側(cè)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(duì)應(yīng)的角度，可由計(jì)算副瓣電平可由下式求出5.方向性系數(shù)7

對(duì)于指定的旁瓣電平，其第一零點(diǎn)波束寬度為最窄；反之，對(duì)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(shù)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(xiàng)式與Chebyshev多項(xiàng)式進(jìn)行匹配，使陣列的副瓣占據(jù)的區(qū)域，陣列的主瓣位于z0>1的區(qū)域，有

當(dāng)NT

為偶數(shù)、陣元間距dx/0.5時(shí)，所需激勵(lì)如下:9

設(shè)計(jì)步驟：選取與陣列如下多項(xiàng)式同冪次（m=n-1）的切比雪夫多項(xiàng)式對(duì)于偶數(shù)個(gè)陣元對(duì)于奇數(shù)個(gè)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(shí)。以w取代中的變量x，令故波瓣圖多項(xiàng)式和便可表示為w的多項(xiàng)式。11使切比雪夫多項(xiàng)式和陣列多項(xiàng)式相等，即由此可解出陣列多項(xiàng)式的系數(shù)，然后得到陣列的口徑電平分布。122.2.2泰勒綜合法

對(duì)于大型陣列，Dolph-Chebyshev綜合方法得出的是單調(diào)的口徑分布，因此該方法會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致tapered效率的損失。對(duì)于大型陣列，這就意味著更多的能量將集中于副瓣內(nèi)。13泰勒建議，可以設(shè)計(jì)這樣的方向圖函數(shù)，使得靠近主瓣的方向圖零點(diǎn)類似于Chebyshev方向圖，但遠(yuǎn)離主瓣的零點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)于均勻分布的情況。

由泰勒綜合法得到的64個(gè)點(diǎn)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(duì)應(yīng)于另

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

，通過調(diào)整零點(diǎn)的位置zn來拉伸空間因子，以使其中一個(gè)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)于。新的方向圖函數(shù)變?yōu)椋核枰目趶椒植伎梢哉归_為有限項(xiàng)的傅里葉級(jí)數(shù)，且該口徑分布函數(shù)在陣列的邊緣處導(dǎo)數(shù)為零。16口徑分布函數(shù)可以表示為172.2.3伍德沃特綜合法一個(gè)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(gè)長(zhǎng)度為

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

第i個(gè)波束由如下的相位步進(jìn)

激勵(lì)：其中n取值與i相同，方向圖函數(shù)如下：

給定的方向圖函數(shù)E(u)可以由在ui上的N個(gè)取樣近似：

在每個(gè)陣元上的總電流即是形成所有波束的電流之和。對(duì)于第n個(gè)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(gè)點(diǎn)源陣列的脈沖形方向圖sinc基函數(shù)（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(shù)；但是，移相器的結(jié)構(gòu)尺寸和插入損耗也會(huì)相應(yīng)的增加，顯然這是不切實(shí)際的，因此需要引入移相器虛位技術(shù)。252.3.2虛位技術(shù)位技術(shù)虛位技術(shù)就是用位數(shù)較少的數(shù)字式移相器來實(shí)現(xiàn)較小的波束躍度的技術(shù)。當(dāng)計(jì)算該移相器所需要的相移值時(shí)，

原始值：應(yīng)有值：實(shí)際值：（取值為的整數(shù)倍，需要按照一定的方式配相）

對(duì)于N元均勻線陣，如果采用5位數(shù)字移相器來取代9位數(shù)字式移相器，來實(shí)現(xiàn)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(guān)系。這里p=1：n

在采用虛位技術(shù)舍去移相器最低四位之后，相當(dāng)于將16個(gè)單元組成一個(gè)子陣，子陣內(nèi)無掃描，但子陣間有掃描。

兩個(gè)方向圖相乘以后，波束指向?qū)⒙酝笃啤！a(chǎn)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(zhǎng)，波控?cái)?shù)p=1，計(jì)算所用的移相器位數(shù)是9，實(shí)際移相器的位數(shù)只有5：圖1-1虛位技術(shù)引起的寄生副瓣示意圖

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

282.4相控陣設(shè)計(jì)概述2.4.1相控陣的結(jié)構(gòu)組成292.4.2相控陣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)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(qiáng)制饋電方式等線長(zhǎng)平面饋電等線長(zhǎng)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(jié)構(gòu)392.4.6典型相控陣介紹AN/APG-77●工作波段：X●單元數(shù)：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(biāo)數(shù)量：30（空中目標(biāo)），16（地面目標(biāo)）40AN/APG-81F-35上的APG-81擁有1200個(gè)發(fā)射/接收模塊。APG一81的優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)地工作模式，其合成孔徑雷達(dá)地圖測(cè)繪(SAR)/地面移動(dòng)目標(biāo)指示(GMTI)/海上移動(dòng)目標(biāo)指示能力等空對(duì)地/空對(duì)海工作模式上的性能則超過APG一77。雖然其對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)距離遠(yuǎn)小于F-22A，但是APG一81的對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)能力要遠(yuǎn)強(qiáng)于F/A一18系列和F-16系列戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)。另外，F(xiàn)-35的APG-81雷達(dá)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(dá)到了8000小時(shí)41鋪路爪相控陣?yán)走_(dá)是美國上世紀(jì)70年代為應(yīng)對(duì)洲際導(dǎo)彈威脅而研制的遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)，其主要用途是擔(dān)負(fù)戰(zhàn)略性防衛(wèi)任務(wù)，該雷達(dá)采用雙面陣天線，工作頻率420~450兆赫，探測(cè)距離一般為4800公里，對(duì)高彈道、雷達(dá)截面為10平方米的潛射彈道導(dǎo)彈的探測(cè)距離可達(dá)5550公里。雷達(dá)峰值功率582.4千瓦，平均功率145千瓦，全部設(shè)備都安裝在32米高的多層建筑物內(nèi)，兩個(gè)圓形天線陣面彼此成60度，每個(gè)陣面后傾20度，直徑約30米，由2000個(gè)陣元組成，掃描一次所需時(shí)間為6秒鐘，平均無故障工作時(shí)間可達(dá)450小時(shí)，平均修復(fù)時(shí)間為1小時(shí)。鋪路爪（PAVEPAWS）42海上巨眼平臺(tái)(Sea-BasedX-BandRadar,SBX)平臺(tái)高度：85米（280英尺）成員編制：86名雷達(dá)探測(cè)距離：2000公里（1242英里）排水量：50000噸此雷達(dá)包含許多小的雷達(dá)罩和一個(gè)重1814噸（4百萬磅）的相位陣列雷達(dá)天線，此相位陣列雷達(dá)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(dá)可以追蹤極遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，以支援戰(zhàn)區(qū)高度區(qū)域防御系統(tǒng)外大氣層目標(biāo)導(dǎo)引所需，這個(gè)陣列雷達(dá)需要超過一百萬瓦的電力運(yùn)作。43“宙斯盾”系統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)AN/SPY-1/D功能：搜索、跟蹤、制導(dǎo)