对相控阵雷达天线的电磁场的研究.doc
雷达工作原理及相控阵雷达工作原理
雷达的工作原理雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2 其中S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。
通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。
相控阵雷达天线近场测试系统发展与研制概要
相控阵雷达天线近场测试系统发展与研制在传统的雷达天线研制中,人们习惯采用远场测量的方法来测量天线的辐射特性。
远场测量虽然可以直接测量出天线的基本性能,但也存在多方面的不足,很容易受到多种外部因素的影响,难以真实的反映天线的实际性能。
新一代的天线测量技术是以近场测量为代表的,作为目前国际上广泛采用的一种先进天线测量技术,近场测量具有测试精度高、抗干扰能力强、和计算分析能力强大等特点,用于这种测试的天线近场测试系统已成为雷达研制过程中必不可少的重要实验设备。
在当今世界的雷达工程领域,相控阵雷达已经成为现代雷达发展的重要方向,相控阵雷达天线测试的复杂程度远远高于普通雷达天线,其测试工作量也往往是普通雷达天线的数倍乃至几十倍,因此对相控阵雷达天线的近场测试系统也提出了更高的技术要求。
相控阵雷达天线的近场测试系统测试速度更快、测试灵敏度更高、微波激励信号也更加复杂。
而且,相控阵雷达天线近场测试系统的集成已经不光是对测试系统自身的研究,还要对被测天线的工作原理和特点有非常深刻的理解,所涉及的专业包括相控阵天线设计、自动化伺服控制和微波测试等。
为了满足相控阵雷达天线的测试需求,在相控阵雷达天线近场测试系统的设计集成中采用天线波束控制系统通用仿真技术实现了相控阵天线工作与测试的控制同步,通过高标准的伺服控制设计提高了测试探头的定位精度。
另外,多任务测试技术的应用成功的实现了在探头单次扫描的情况下的多个频率、多个波束、多个通道方向图的高密度测试,有效的促进了系统测试效率的大幅度提高。
本文对这些技术的应用进行了阐述。
同主题文章[1].扈罗全,陆全荣. 电磁场近场探测模型与测试系统' [J]. 苏州大学学报(工科版). 2009.(06)【关键词相关文档搜索】：电子与通信工程; 相控阵雷达; 天线近场测试系统; 波控仿真; 多任务测试【作者相关信息搜索】：南京理工大学;电子与通信工程;苏卫民;侯飞;。
天线阵列在雷达系统中的应用研究案例分析
天线阵列在雷达系统中的应用研究案例分析一、引言雷达系统作为一种重要的探测和监测工具，在军事、民用等领域都发挥着关键作用。
天线阵列技术的引入，为雷达系统的性能提升带来了新的机遇和挑战。
二、天线阵列的基本原理天线阵列是由多个天线单元按照一定的规则排列组成的系统。
通过合理控制每个天线单元的激励电流或电压，可以实现波束的形成、扫描和控制。
其基本原理基于电磁波的干涉和叠加。
在天线阵列中，每个天线单元都会辐射出电磁波。
当这些电磁波在空间中相遇时，会发生干涉现象。
通过调整天线单元之间的间距、相位和幅度等参数，可以使得电磁波在特定方向上相互增强，形成较强的波束；而在其他方向上相互削弱，从而实现波束的指向性控制。
三、天线阵列在雷达系统中的优势（一）提高分辨率天线阵列可以通过增加天线单元的数量和优化排列方式，有效地提高雷达系统的角度分辨率和距离分辨率。
这使得雷达能够更精确地分辨目标的位置、形状和尺寸。
（二）增强抗干扰能力通过灵活调整波束的方向和形状，天线阵列可以有效地抑制来自特定方向的干扰信号，提高雷达系统在复杂电磁环境下的工作能力。
（三）实现快速波束扫描与传统的机械扫描雷达相比，天线阵列可以通过电子控制方式实现快速的波束扫描，大大缩短了雷达对目标的搜索和跟踪时间。
（四）增加系统的可靠性天线阵列中的多个天线单元可以互为备份，当部分单元出现故障时，系统仍能保持一定的工作性能，提高了雷达系统的可靠性和稳定性。
四、应用案例分析（一）机载预警雷达在机载预警雷达中，天线阵列通常安装在飞机的机头或机背上。
通过采用相控阵技术，可以实现对大范围空域的快速扫描和多目标跟踪。
例如，美国的 E-3 预警机上的 AN/APY-1/2 雷达，其采用的天线阵列能够同时监测数百个目标，并引导己方战机进行作战。
在这种应用中，天线阵列需要克服飞机飞行时的振动、气流影响以及对低可观测目标的探测等难题。
通过采用先进的信号处理算法和优化的天线设计，有效地提高了雷达的性能。
相控阵雷达天线的工作原理及其发展
相控阵雷达天线的工作原理及其发展摘要：本文从相控阵雷达天线的工作原理入手，简要说明了相控阵雷达天线的优点和应用。
关键词：相控阵；天线；雷达；应用自20世纪30年代雷达问世以来，雷达作为一种军事装备开始服务于人类，始终保持着方兴未艾、蓬勃发展的态势。
雷达技术获得了高速的发展，在国防、军事和民用的各个领域，雷达都发挥着举足轻重的作用。
它是精确打击武器系统的重要组成部分，是武器系统发挥作战效能的有力保证。
相控阵雷达是20世纪60 年代问世的一种新体制电扫描雷达。
相控阵雷达能在设定的空域，根据战术需要，灵活地改变波束形状及指向，对多达数百批目标实施无惯性搜索、跟踪、编码，识别和分类的多任务功能。
在雷达发展史中，相控阵雷达完成了从早期雷达仅能对单个目标的距离，角域等标量参数进行粗略测量而感知目标，到瞬间同时对众多目标的距离、角域、速度，加速度和极化等标量和矢量参数精确实时测定而认知目标的飞跃。
一、相控阵雷达的工作原理?相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线元件排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的开关控制，通过控制各天线元件发射的时间差，就能合成不同相位（指向）的主波束，而且在两个轴向上均可进行相位变化；相控阵各移相器发射的电磁波以建设性干涉原理强化并合成一个接近笔直的雷达主瓣，而副瓣则由于干涉相消而大幅减低。
我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。
与此类似相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。
这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。
典型的相控阵是利用电磁波相干原理，通过电子计算机制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，简称电扫。
辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。
每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。
关于相控阵雷达的调研报告
关于相控阵雷达的调研报告相控阵雷达调研报告一、引言相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种使用大量小型天线单元组成的雷达系统，能够通过改变天线单元的相位和幅度来实现波束的控制和调整。
相控阵雷达因其快速扫描、高分辨率和多功能等特点，在军事和民用领域得到广泛应用。
本调研报告旨在探讨相控阵雷达的原理、应用和发展趋势等方面。
二、原理相控阵雷达通过改变天线单元的发射和接收相位以及振幅来控制波束方向和形状。
通过改变天线单元的相位，可以使电波在某一特定方向上相干相位叠加，形成狭窄的波束，从而提高雷达系统的定向性。
而通过改变天线单元的幅度，则可以调整波束的强度和覆盖范围。
相控阵雷达通过合理调整每个天线单元的相位和幅度，实现对雷达波束的控制和优化，具备高速扫描、多波束和多任务处理等能力。
三、应用1. 军事应用在军事领域，相控阵雷达被广泛应用于舰船、飞机和卫星等平台上，用于进行目标搜索、跟踪和导引等任务。
相比传统雷达系统，相控阵雷达能够实现快速扫描，提高目标探测的效率和准确性，并且具备较强的抗干扰能力，可以有效应对电子对抗。
此外，相控阵雷达还能够实现多个波束同时工作，可以用于实施多个目标的跟踪和导引，在战场上具备更强的战术灵活性。
2. 民用应用相控阵雷达在民用领域也有广泛的应用。
其中最典型的例子是航空交通管制雷达系统，用于监测和引导飞行器。
相控阵雷达能够扫描更广的空域，并实现目标的精确定位，提高空中交通的安全性和效率。
此外，相控阵雷达在气象预报、地质勘探、边防监控和环境监测等领域也有广泛应用。
四、发展趋势1. 小型化随着技术的进步，相控阵雷达系统逐渐趋向小型化。
传统相控阵雷达需要大量的天线单元来形成波束，占用空间较大。
而随着微电子技术的发展，现代相控阵雷达凭借集成电路和微小天线单元的技术，实现了更小型化的设计，可以适应更多场景需求。
2. 多波束和多任务处理能力相控阵雷达具备多波束和多任务处理能力，可以同时对多个目标进行跟踪和导引。
相控阵雷达原理
相控阵雷达原理相控阵雷达是一种利用阵列天线实现波束形成和波束指向的雷达系统。
它通过控制阵列天线中每个单元的相位和幅度，实现对目标的定位、跟踪和探测。
相控阵雷达因其具有快速波束扫描、高分辨率、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于军事、航空航天、气象、地质勘探等领域。
相控阵雷达的原理主要包括阵列天线、波束形成和波束指向控制三个方面。
首先，阵列天线是相控阵雷达的核心部件。
它由大量的天线单元组成，每个天线单元都能够独立控制相位和幅度。
当射频信号通过阵列天线时，每个天线单元都会对信号进行幅度和相位的调制，从而形成一个复杂的波束。
其次，波束形成是相控阵雷达实现目标探测的关键。
当发射信号经过阵列天线后，各个天线单元产生的信号经过相位控制和幅度控制，最终形成一个特定方向的波束。
这样，雷达系统就能够在不同方向上同时进行目标搜索和跟踪，大大提高了雷达系统的效率和性能。
最后，波束指向控制是相控阵雷达实现对目标定位和跟踪的关键。
通过改变阵列天线中每个天线单元的相位和幅度，可以实现对波束的指向控制，从而实现对目标的定位和跟踪。
这种灵活的波束指向控制方式，使得相控阵雷达能够快速、准确地对目标进行跟踪和定位，适用于复杂的作战环境和多目标跟踪场景。
总的来说，相控阵雷达通过阵列天线、波束形成和波束指向控制实现了对目标的高效探测和跟踪。
它具有波束扫描快速、分辨率高、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于军事领域的目标探测和跟踪，航空航天领域的飞行器导航与控制，气象领域的天气预报和气象探测，地质勘探领域的地质勘探与勘测等多个领域。
随着科技的不断发展，相控阵雷达技术将会得到进一步的完善和应用，为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利和发展。
相控阵雷达天线调试常见问题与对策探讨
相控阵雷达天线调试常见问题与对策探讨摘要：相控阵雷达(英文:Phased Array Radar，PAR)即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线元件排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的开关控制，基于惠更斯原理通过控制各天线元件发射的时间差，就能合成不同相位(指向)的主波束，而且在两个轴向上均可进行相位变化;与托马斯•杨的双缝实验相似，相控阵各移相器发射的电磁波以建设性干涉原理强化并合成一个接近笔直的雷达主波瓣，而旁瓣则由于破坏性干涉而大幅减低。
相控阵分为"被动无源式"(PESA)与"主动有源式"(AESA)，而性能更优异、发展前景更好但技术门槛较高的"主动有源式"则到了90年代末期才开始有实用的战机用与舰载系统开始服役。
关键词：相控阵；雷达天线；调试；常见问题；对策；1、引言相控阵雷达从根本上解决了传统机械扫描雷达的种种先天问题，在相同的孔径与操作波长下，相控阵的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性、电子反对抗能力等都远优于传统雷达，相对而言则付出了更加昂贵、技术要求更高、功率消耗与冷却需求更大等代价。
相控阵雷达虽然性能优异，但因为造价昂贵，操作成本高，多用于军事用途，比较著名的相控阵雷达例如美国伯克级驱逐舰的AN/SPY-1无源相控阵雷达、美国F-22战斗机的AN/APG-77有源相控阵雷达等。
2、相控阵雷达天线基本原理相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。
这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。
利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。
辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。
每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等器件。
不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。
雷达天线阵列中的波束形成技术研究
雷达天线阵列中的波束形成技术研究摘要：讨论卫星跟踪和数据传输系统中的多波束形成算法;自适应模型和相位调整，分析如何控制波束和实现波束形成。
关键词:TDRSS;多波束形成相控阵雷达具有多功能模式,多目标跟踪和多功能模式。
这些发展优势和战术特点与多波束能力可行性有关。
相控阵天线可以发送和接收多个波束，波束的大小如何,的方向可以迅速变化,并且波束形状可以根据不同的操作方式灵活变化,这是一个重要相控阵天线优点。
一、相控阵雷达与多波束形成根据相控阵雷达它不仅可以发送接收波束,还可以以各种形式变化,这改变了它的工作方式。
基本上,相位阵列雷达的性能在很大程度上取决于其能力和多波束成形方法。
目前有多种方法可用于相控阵天线的多个波束，根据雷达和现有技术设施的要求,可以选择多波束产生方法,随着数字技术和集成电路技术的发展,数字多波束形成技术已应用于相控阵雷达。
该技术提供了一种使用电子转换和数字波束的形成,接收和传输电子射线的方法,从而为雷达系统的进一步发展提供了技术基础。
二、多波束形成算法在多址卫星数据传输系统中,服务对象通常分布在低地球轨道上。
如果用户的恒星轨道位于地面以下3000公里处,则中继星波束可以覆盖地球周围26°用户星宽度。
当用户星以10公里/秒的最高速度移动时,通过3.5°宽合成波形所需的最短时间为205秒。
因此,波束角速度似乎是最低的,新的是合成波束3.5°宽度水平为05%,为10.5秒步进间隔。
一旦计算机将相位矩阵的用户星为10.5 s创建相位加权系数,具体取决于位置。
根据目标的启动和跟踪过程,多波束有三种操作模式:主波束、扫描及自跟踪方式。
如优先验目标的当前位置的信息,目标在空中的轨道方程计算,可以作为一个主波束控制。
计算机可以根据其高度和方向实时计算出加权系数矢量,并将其发送到多波束处理器完成波束加权。
用户星相对中继星来说缓慢移动角度,随着移动用户星,权系数矢量计算机计算,并实时跟踪每个点的主波束。
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对相控阵雷达天线的电磁场的研究
1 引言
新一代机载相控阵雷达采用金属底板(d=680mm 圆形平板)上竖立的电介质片上的印刷偶极子天线阵。
其散射特性(结构项)的分析已经提到日程上。
目前国内外尚未见到对它的报道。
它的立体介质片印刷电路的结构不适用于现有的分析微带贴片的全波混合位积分方程(Full wave mixed potential integral equation)用矩量法(MoM)的求解方法。
原因是积分方程的核心(kernel)格林函数的求解非常困难。
由于平行偶极子的腔体效应(Cavity effect) ,不能采用现有的复镜像(Complex Image)技术,由水平和垂直电流元的谱域场求出空域格林函数。
有限元法(FEM)有很强的处理复杂介质的能力。
场域只需写出一个FEM 方程，场域中有不同的介质时只需在剖分单元中代入相应介质的介电常数和磁导率即可。
对复杂的辐射单元采用FEM 分析，容易建立计算模型和获得较准确的电磁场解。
但对于大型天线阵，由于变量数太大(例如，大于107 )，从而需要很长的计算时间和对内存的很大需求。
在上世纪末计算数学界在有限元分区技术的应用上取得了很大的进展。
场域分区方法(DomainDecomposition Method,DDM)成为应用数学、计算力学、流体力学和计算电磁学中最具吸引力的课题。
DDM 与其它方法不同的是，并不直接计算全域，而是将全域分解成若干子域
(subdomain),对每个子域单独求解。
子域与邻域的耦合作用则通过强加边界条件以保证交界面(interface)上场的连续性加以考虑。
DDM 把一个大的问题化为一些小的问题求解，从而大量地节约内存，并且更便于并行计算的实施。
本文拟采用FETI-DPEM 方法对立体介质基片上的偶极子天线阵进行数值分析。
该方法在处理大型周期结构的电磁问题时有很高的效率，但其建模的过程要复杂一些。
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2 有限元-里兹方法基础微分方程式中，￡是微分算符，f 是激励函数，是未知量。
计算电磁散射问题时，控制微分方程和边值条件有可能都比较复杂。
只有在少数问题中能得到解析解，大多数情况是得到近似解。
它是一种变分方法，其边值问题用泛函表示，通过求解泛函相对于其变量的极小值，可得到边值问题的近似解。
3 模型建立本文采用金属底板(d=680mm 圆形平板)上竖立的电介质片上的印刷偶极子天线阵。
其上有1100 多个偶极子振子单元，振子基板材料为硅，印刷的金属片为铜或铝，其厚度可忽略不计。
4 理论分析将天线阵的全域划分成为子域。
最简单的划分
方法是用平行和垂直于介质片网格将天线阵全域分为很多个子域，每一个子域就是一个辐射单元。
计算式中的矩阵元称为预处理。
由于需要计算rr F 、rc F 和一些矩阵乘积要耗费一定的CPU 和内存，但从前面可以看出这些矩阵运算都是在子域的水平上进行的，然后叠加到全域上。
最后根据RCS 公式，在整个ABC 上积分即可求得RCS 值。
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5 结束语本文采用了FETI-DPEM 方法对立体介质基片上的偶极子天线阵进行数值分析。
该方法在处理大型周期结构的电磁问题时有很高的效率，但其建模的过程要复杂一些。
克服了用积分方程的核心(kernel)格林函数非常困难的求解，由于平行偶极子的腔体效应(Cavity effect) ,不能采用现有的复镜像(Complex Image)技术,由水平和垂直电流元的谱域场求出空域格林函数。