(完整版)相控阵雷达

放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
• 相邻阵元激
励电流相位
差为
0
sin 1
• 波束域（空域频谱）混迭现象：栅瓣是主瓣 在其它方向上的再现，空间信号欠采样
栅瓣
…
－
主瓣
副瓣
0
栅瓣
…
πd
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 方向图函数
F( )
1
sinNd (sin sin0)
N
sin
d
(sin
s in 0 )
• 当 (Nd /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子为0 ，若分母不为0 ，F() = 0
– 优点： • 相扫，无机械惯性，快速波束捷变 • 多目标、远距离、高数据率、高可靠性 • 多功能、多波束、自适应抗干扰
– 缺点： • 波束宽度随扫描方向变化
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器控制波束的发射与接收 – 无源阵：收发共用一个或几个发射机和接收机 – 有源阵：每个阵元都连有可提供所需辐射功率
Nd
sin
• 得波束半功率（3dB）宽度
混频 中放
混频
中放 波束1
抽
中频延迟多波
头
束形成系统
延 迟
线
波束2 波束3
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
多波束形成技术
1 23
本振
混频 中放
混频中放
混频
中放 波束1
抽
中频延迟多波
头
束形成系统
延 迟
线
波束2 波束3
第3章 连续波雷达
－0
＋0
• 多波束形成技术（续）
123
多波束形成技术
的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的 • 各阵元辐射功率在空间进行合成 • 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参 • 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定
• 因 | sin - sin0 |≤1+| sin0 |，则无栅瓣条件
d 1 1 d
1 | sin0 | 2
2
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 波束宽度
• 波束指向法线方向，即0 = 0，方向性函数
F( )
1 N
sin
N
d sin
sin
d
sin
sinc
• 阵元馈源和移相器功率容量低，轻便廉价
• 大量低功率固态源取代易损坏的高电压、 大 功率发射机，系统可靠性提高
• 固态阵和数字波束形成及阵列信号处理技术 相结合，天线性能改善潜力大
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器：实现相扫的关键器件
– 对移相器的要求：
• 移相精确、性能稳定、频带和功率容量大、 便于快速控制、激励功率和插入损耗小、体 积小、重量轻等
– 移相器的种类：
• PIN二极管移相器、铁氧体移相器、数字式移 相器等
第3章 连续波雷达
多波束形成技术
• 多波束形成技术
– 收发都用多波束 – 接收多波束，发射宽波束，收发覆盖相同空域 – 接收多波束用得较多，因为：
• 功率弱，技术上易实现，控制和处理灵便 – 多波束形成方法
• 射频延迟线、中频延迟线、移相法、脉内频 扫、数字波束形成（DBF）
现代雷达技术
第4章 相控阵雷达
第3章 连续波雷达
• 本章简介
– 相控阵雷达简介 – 多波束形成技术 – 相扫基本原理 – 空域滤波及数字波束形成引论
本章介绍
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介
– 相位控制阵列：多个天线单元排成，各阵元馈电 相位按一定程序灵活控制，完成特定的空间扫描
1
s
in
N 2
(
)
1
sin
Nd
(sin
s in 0
)
N
sin
1 2
(
)
N
sin
d
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 天线照射方向0由移相器的相移量 决定 – 在0方向，各阵元辐射场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
加获最大值，F(0)=1 – 改变 值，就可改变波束指向角0 ，从而形成波
束扫描
– 方向图最大值方向同相波前垂直 – 由天线收发互易原理，接收天线，结论相同
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 栅瓣问题
• 在 -90o~90o 内线阵单值测角条件： d ≤ /2 • 当 d ＞ /2 时，在 -90o~90o内将出现栅瓣
d
2
/
d
d
0
2
k
(N－ 1)
0
12
k
N－ 1
N元直线相控阵天线
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 各阵元在方向远区某点辐射场的场强矢量和为
E( ) E0 E1 Ei EN 1
– 等幅馈电时，各阵元在该点辐射场的振辐为E。 以0号阵元为相位基准，则
E( )
N 1
E e jk ( )
E
sin
N 2
(
)
ej
N 1( 2
)
k 0
sin
1 2
(
)
– 式中 2dsin / 为波程差引起的相邻阵元辐射场
相位差
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 当 = 时，各分量同相相加，场强幅值最大 | E( ) |max NE
– 定义归一化方向性函数为
F ( ) | E( ) | | E( ) |max
• 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F()
可能出现多瓣
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 当=0时为主瓣，其余为栅瓣。只取一个周 期 - ~
d
(sin
sin 0 )
d
1
| sin sin 0 |
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
定 向 耦合 器
d l1
l2
相 加 波导
多波束形成技术
波束2 波束1
波 束 2相 加
射频延迟线多 波束形成系统
波 束 1相 加
波束1 接收机
波束2 接收机
波
束
高度
选
计算机
择
显示器
器
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
多波束形成技术
1 23
本振
混频 中放