毫米波相控阵雷达及其应用发展_石星
毫米波雷达的原理及应用
毫米波雷达的原理及应用1. 毫米波雷达的原理毫米波雷达是一种利用毫米波进行感知和定位的雷达系统。
它利用毫米波的短波长特性，能够实现高分辨率的成像和微小目标的探测。
毫米波雷达工作在30 GHz到300 GHz的频段，相较于传统的雷达系统，它具有更高的频率和更小的波长。
毫米波雷达的原理主要包括以下几个方面：1.1 毫米波发射与接收毫米波雷达系统通过发射毫米波信号并接收回波来实现目标的探测和成像。
发射端通常采用毫米波源（例如电磁振荡器）产生毫米波信号，并通过天线系统将信号发射出去。
接收端则通过接收天线接收返回的波束，并将其转换成电信号进行处理。
1.2 多普勒效应毫米波雷达利用多普勒效应可以提取目标运动的信息。
当目标以一定速度运动时，返回的毫米波信号的频率会发生变化。
通过测量频率的变化，可以推算出目标的运动速度和方向。
1.3 雷达信号处理接收到的毫米波信号经过一系列的信号处理算法，如滤波、去噪、调制解调等，得到目标的位置信息和图像。
雷达信号处理能够对信号进行分析和提取特征，以实现目标的探测、跟踪和成像。
2. 毫米波雷达的应用毫米波雷达由于其独特的性能，被广泛应用于多个领域。
以下是毫米波雷达常见的应用场景：2.1 自动驾驶毫米波雷达在自动驾驶领域起到举足轻重的作用。
它能够实时感知周围环境，探测和识别车辆、行人、障碍物等目标，并提供高精度的距离和速度信息。
这些数据能够帮助自动驾驶系统做出准确的决策和规划行动。
2.2 安防监控毫米波雷达在安防监控中广泛应用于人员检测和入侵报警。
它具备高分辨率和隐私保护的特点，准确地检测人体的微小动作并发出警报。
相较于传统的监控摄像头，毫米波雷达可以穿透雨雪和烟雾等恶劣环境，保证安防监控的连续性和可靠性。
2.3 无人机毫米波雷达在无人机领域具备广阔的应用前景。
它能够实现对无人机周围环境的感知和避障，提供高精度的空中定位和导航。
同时，毫米波雷达还可以用于无人机的精确定位、跟踪和成像，实现多功能化的应用。
相控阵雷达研究现状与发展趋势
相控阵雷达研究现状与发展趋势随着雷达技术的不断发展，相控阵雷达作为一种新型的雷达技术，具有远距离、高分辨率、多目标探测等优点，在军事和民用领域都有着广泛的应用前景。
本文将对相控阵雷达的研究现状和发展趋势进行探讨。
相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种由大量阵元组成的二维或三维阵列天线，通过控制每个阵元的相位和幅度，从而实现对空中或地面目标的扫描、探测和跟踪。
相比传统的机械扫描雷达，相控阵雷达具有较高的速度、灵活性和可靠性。
在研究方面，目前相控阵雷达主要集中在以下几个方向：首先，研究人员致力于提高相控阵雷达的探测性能。
相控阵雷达具有高分辨率和多目标探测能力，但在复杂电磁环境下，如多径效应、干扰等情况下，探测性能容易受到影响。
因此，研究人员在研究中提出了许多改善探测性能的方法，例如采用自适应波束形成技术、空时处理技术等，以提高相控阵雷达的探测能力。
其次，研究人员还致力于提高相控阵雷达的目标跟踪能力。
相控阵雷达具有较高的扫描速度，可以实现对多个目标的同时跟踪，但在高动态目标跟踪方面还存在一定的挑战。
因此，研究人员通过研究新的跟踪算法，提高雷达的跟踪性能，如采用多模型跟踪算法、粒子滤波算法等。
此外，研究人员还在研究相控阵雷达的抗干扰能力。
由于相控阵雷达的较高发射功率和较宽的工作频带，容易受到干扰的影响。
因此，研究人员在研究中提出了新的抗干扰算法和技术，如自适应干扰抵消技术、频谱域处理技术等，以提高相控阵雷达的抗干扰能力。
未来相控阵雷达的发展趋势主要体现在以下几个方面：首先，相控阵雷达将越来越广泛地应用于军事领域。
相控阵雷达具有较高的灵活性和可靠性，可以实现对多个目标的快速探测和跟踪，因此在军事领域有着重要的应用前景。
未来，相控阵雷达将越来越广泛地用于武器系统、预警系统等领域。
其次，相控阵雷达将越发追求高性能。
随着技术的不断进步，相控阵雷达将更加强调性能的提高，包括探测性能、跟踪性能、抗干扰性能等。
《电讯技术》2006年第46卷 总目次
一
晨， 赵方明 ， 蒋铃鸽 （ｏ ４）
种自 适应 Ｄ Ｔ域数字视频水印方案 …………………… Ｃ
… … … … … … … … … …
基于概率的单 站多 目标无源定位算法 …… …………… ……
龚
明 ， 海涛 ， 周 金海华 （５ ） １２
廖 平， 杨中海 ， 姜道安 （５ ４） 雷达接收机数据采 集平 台及其 Ｆ ｒ Ｆ 实现 ………………… 王才军 ， 文必洋 ， 马志刚 （Ｏ ５） 蓝牙电话系统的容量问题与解决 ……………………………
几种接收机在 Ｍ ＭＯ信 道下的性 能比较… ………………… Ｉ 郑卫红 ， 中鹏 （ ８ 王 ６）
… … … … … … … … … …
ＳＡ Ｗ Ｎ模型速率控制模块性能分析 及改进 ………………… 寇 兰， 东， 余敬 王文｝ （３ 叟 ７）
… … … … … … … … … … …
●研 究 与开发
… … … … … … … … … … … … … …
利用 Ａ Ｓ Ｄ 软件设 计 ｘ频段低噪声放大器 ………… …… … 唐海啸 ， 兴 ， 陈庆 ， 张玉 杨 杨玉梅 （ ｌ） １ ９
… … … … … … …
智能天线技术及其发展 … …………… 雷剑梅 ， 曼 （０ 陈 １） 日本 自卫 队信息化建设 的特点 、 体系结构及发展趋 向 … … 汪桂华 （８ １） 综合射频传感器 的开放式系统结构 ………… 李 劲 （ １ ２）
维普资讯
《 电讯技术） ０６年 第 ４ ） ０ ２ ６卷
总 目 次
第一期
●专题述评
毫米波雷达的应用 和发展 ……………… …… … 石 星（ ） １
ｓ 频段微波统一 测控系统双点频跟踪链 路 的设计 ………… 瞿元新 ， 波（ １ ） 丛 １５
相控阵雷达在导引头中的应用现状与探讨
相控阵雷达在导引头中的应用现状与探讨相控阵雷达（Phased Array Radar，PAR）是一种通过电子扫描而不是机械扫描来实现雷达波束的定向的雷达系统。
它由许多单元阵列构成，每个单元阵列都能够独立调整相位和振幅，从而实现对雷达波束的控制。
相控阵雷达具有快速波束转向、多功能、增强隐身检测等特点，因此在导引头领域有着广泛的应用。
在导引头中，相控阵雷达可以用于目标检测、跟踪和导引。
首先，相控阵雷达可以提供高分辨率的目标探测能力，通过电子扫描可以快速扫描整个天空，并能够提供快速更新的目标信息。
其次，相控阵雷达能够实现多目标跟踪，通过多个单元阵列的合作，可以同时跟踪多个目标，并实时更新其轨迹和速度信息。
最后，相控阵雷达可以用于导引，通过对导弹进行导引，使其能够准确地击中目标。
相控阵雷达在导引头领域的应用已经取得了显著成果。
首先，相控阵雷达在导弹的制导中能够实现更高的精度和准确性。
由于相控阵雷达能够实现快速波束转向和多目标跟踪，导弹可以根据导引头的指令实时调整飞行路径，快速锁定目标并进行精确定位，从而提高导弹的命中率。
其次，相控阵雷达还可以提供更好的隐身检测能力。
相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更快的扫描速度和更高的空间分辨率，可以更早地发现隐身目标，并提供更准确的目标特征信息。
然而，相控阵雷达在导引头应用中也面临一些挑战。
首先，相控阵雷达的实现需要大量的单元阵列和复杂的信号处理算法，这增加了系统的复杂性和成本。
其次，相控阵雷达的功耗也较高，这对于导弹等小型平台来说是一个挑战。
此外，相控阵雷达在电子对抗环境下的抗干扰能力也需要进一步改进。
为了克服这些挑战，目前有一些研究正在进行。
首先，在相控阵雷达的硬件实现方面，研究人员正在探索新型材料和组件，以提高系统的性能和降低成本。
其次，在信号处理算法方面，研究人员正着重研究更高效的算法，以提高系统的性能和减小功耗。
此外，还有一些研究致力于提高相控阵雷达的抗干扰能力，通过采用新的信号处理方法和抗干扰技术来提高系统的抗干扰性能。
汽车智能避撞控制系统的设计与各种路况下的应用
图１
紧急刹车接通电源装置与误踩油门 转化刹车装置双路接通电踩油门也会刹 车并接通自动转向控制总成的电源，避免了平时行 车接通电源会使控制系统产生误动作的问题。
１．１ １．３
自动转向控制总成的设计
自动转向控制总成由毫米波雷达、继电器、
图２汽车低速规避障碍物示意图
出车道。
２．２紧急刹车后，本车接近到障碍车１０ ｍ，时速 降为５０ ｋｍ，理论制动距离１８ ｍ时的前轮偏转角，
图３汽车高速连续规避障碍物示意图
方向返回前的位移及停车位置
２．２．１前轮偏转角 时速５０ｋｍ时，每秒前进约１３．９ｍ，０．１ Ｓ的 响应时间前进约１．３９ ｍ，在持续减速中，０．１ Ｓ前 进约１．２ ｍ，方向开始偏转，即距障碍车８．８ ｒｎ时方
机电技术 着汽车的接近出现在检测距离内或已在检测距离 内时，自动转向控制总成即根据障碍物所处方位
控制电机的正反转，驱动方向盘实现自动避让（如 图２、图３）。 本设计控制汽车左前方有障碍往右避让，右 前方有障碍往左避让。如果障碍物在本车的正前
２０１３年２月
加上响应时间前进了０．６ ｍ，共前进２．５ ｍ方向即
结构，用弹簧拉紧，在减速或停车的踩踏力度下 正常传递刹车压力，在紧急刹车踩踏力度显著增 大时，刹车杠杆克服弹簧拉力向下弯曲一定角度，
把安装在刹车杠杆上的电源开关拨通，自动转向
控制总成得电工作，控制汽车避让障碍物。在电
作者简介：杨汉钦（１９５２－－），男，工程师，研究方向：汽车防撞。
成本。由司机紧急刹车接通电源后，当障碍物随
２．３紧急刹车后，本车接近到离障碍车１０ ｍ，时 速降为７０ ｋｍ，理论制动距离３９ ｍ时的前轮偏转 角，方向返回前的位移及停车位置 ２．３．１前轮偏转角 时速７０ ｋｒｎ时，每秒前进１９．４４
相控阵天线技术的应用及未来发展趋势
相控阵天线技术的应用及未来发展趋势无线通信技术是现代化社会的重要基础设施之一。
而天线作为无线通信的关键组件，具有决定性的影响。
一种新型的天线技术——相控阵天线技术，近年来受到越来越多的关注。
相控阵天线技术通过电子调节单元阵列，能够控制无线信号的发射和接收方向，实现空间波束形成。
本文将简要介绍相控阵天线技术的基本原理及其在各个领域的应用，并对未来发展趋势进行探讨。
一、相控阵技术的基本原理相控阵技术是基于线性阵列的理论基础，其核心思想是通过电调单元阵列控制波束方向和波前形状。
通过调整电器单元的相位、振幅和极化状态，从而实现波束形成，控制波向。
相控阵技术主要包括以下两个方面的工作：（1）阵列设计：通过制造适当指定大小阵列，并将其分成相等部分阵列，聚焦调制适当的电流、智能电磁波发射器、电磁波接受器，实现阵列辐射成若干区域的强信号，从而实现波束形成。
（2）相位控制：相控阵技术通过电路调节不同元件的相位，保证不同元件形成的波前合成为期望的波前。
具体方法为：在所有基本元件间安装数字相移器，对于信号到达每一个元件的时间，通过计算求解出需要对元件设置的相位差，以实现相位的调节，最终实现波束的控制。
二、相控阵技术的应用相控阵技术具有广泛的应用领域。
下面将简要介绍其在军事、民用通信和雷达系统等各个领域的应用。
1、军事相控阵技术已经广泛应用于军事领域中的雷达系统。
在军事应用领域中具有极为重要的意义。
相控阵雷达具有精准的定位和目标跟踪等优势，可以有效地识别和追踪敌人。
在海上防御领域中，相控阵技术可以用于发现敌方舰队的位置以及船舶编队等信息的探测。
2、民用通信相控阵天线技术在民用通信领域也有着广泛的应用。
无线通信是现代社会的重要组成部分，相控阵技术可以提高通信信号的传输质量，减少信息的暴露。
同时，相控阵技术可以大大提高通信网络的容量，使得更多的人能够享受到高品质的通信服务。
例如，在车载通信系统中，通过使用相控阵天线技术，可以有效提升车辆之间的通信效率和通信质量。
毫米波雷达及其应用
“长弓”毫米波雷达主要战术指标
战术指标 工作频段 作用距离 目标处理能力 目标分类 工作模式 参 数
Ka频段 8 km(运动目标), 6 km (静止目标) 发现、定位和分类128个静止或运动目标,按5种类型进行划分,按威胁等 级排序16个目标(小于1 min) 可分类坦克、轮式车辆、空防部署、直升机和固定翼飞机 空中目标模式(ATM):检测、定位、分类和优先排序固定翼或旋转翼威 胁, 8 km范围的360°覆盖, 180°、90°、30°扇扫; 地面目标模式(GTM):检测和定位地面和低空目标,飞机轴线±90°范 围提供90°、45°、15°扇扫; 地形轮廓模式(TPM):速度90 km /h以上时,提供2. 5 km³90°范围的障 碍物检测;速度90 km /h以下时,提供2. 5 km³180°范围的障碍物检测。 在低能见度的条件下对载机进行地形飞行导航; 内置检测模式:监视载机飞行时雷达的性能,在维护前和维护中隔离故 障。
雷达的起源和发展
1.2 雷达的起源
19世纪后期：电磁理论的建立和电磁波实验的突破， 为雷达的产生奠定了基础。 1865年，麦克斯韦理论上预言了电磁波的存在； 1886年，赫兹实验上证明了电磁波的存在； 1889年，实现了电磁波的产生，接收和目标散射。 这些成就为雷达的产生奠定了基础。
雷达的起源和发展
雷达的起源和发展
20世纪90年代：对雷达观察隐身目标的能力，在反辐 射导弹（ARM）与电子战（EW）条件下的生存能力和工作有 效性提出了很高的要求，对雷达测量目标特征参数和进行 目标分类、目标识别有了更强烈的要求
雷达的起源和发展
近十几年来，微电子机械和数字信号处理等技术的 飞速发展，为有源电扫相控阵列多功能雷达发展提供了 技术动力，这种雷达系统是新一代高分辨率雷达的代表。
相控阵雷达技术在目标探测中的应用研究
相控阵雷达技术在目标探测中的应用研究第一章：引言相控阵雷达技术是一种现代化的雷达探测技术，其优越的性能和灵活性在目标探测方面得到了广泛的应用。
本文将重点探讨相控阵雷达技术在目标探测中的应用研究。
第二章：相控阵雷达技术概述相控阵雷达技术是利用多个单独的天线元件，通过控制这些元件的相位差异来实现雷达波束的方向和形状控制。
相比传统的雷达技术，相控阵雷达可以更好地控制波束方向和形状，提高雷达探测的精度和灵活性。
第三章：相控阵雷达技术在目标探测中的应用3.1 多目标跟踪相对于传统雷达技术，相控阵雷达可以在短时间内跟踪多个目标。
通过应用自适应波束形成算法，可以迅速定位多个目标的位置和速度信息，实现多个目标的跟踪。
3.2 高精度目标测量相控阵雷达可以通过波束形成算法优化波束方向，降低噪声干扰，提高目标测量的精度。
同时，相控阵雷达的波束形状可根据目标的形状和特征自动调整，使目标测量更加灵活和准确。
3.3 高角度解析度目标探测相控阵雷达技术可通过相位控制实现较高的角度解析度，使雷达信号能够准确地检测和定位高速运动的目标。
利用多天线阵列接收信号，可实现对目标物在距离、方位和俯仰角等方面的全方位探测。
3.4 低威胁探测相控阵雷达系统配备的自适应波束形成技术可以有效地降低噪声、杂波等干扰信号的影响。
相比传统雷达系统，相控阵雷达可以更加快速和精准地探测目标，并有效提高雷达系统的威胁检测能力。
第四章：应用案例4.1 监测交通拥堵相控阵雷达技术可以应用于城市交通管理系统中，通过实时跟踪车辆的移动和位置信息，智能识别路段交通量，提供实时路况信息，为交通拥堵解决方案提供重要参考。
4.2 海上目标探测相控阵雷达技术在舰艇雷达系统中的应用特别明显。
基于良好的波束形成技术，相控阵雷达可在岸线和海上使用，有效地探测海面上的船只、飞机、自由一体机等目标，并支持实时风浪修正，及时提供更准确的海况信息。
第五章：总结与展望相控阵雷达技术在目标探测中的应用是一项极具发展前景的领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:1001-893X(2008)01-0006-07毫米波相控阵雷达及其应用发展*石星(中国西南电子技术研究所,成都610036)摘要:概述了毫米波相控阵雷达的特点,介绍了电扫原理和主要毫米波电扫技术,以及相位控制扫描和多种移相器技术。
针对毫米波相控阵雷达的特点,叙述了其主要应用领域,结合雷达和半导体技术对毫米波相控阵雷达的发展进行了展望。
关键词:毫米波雷达;相控阵雷达;电扫天线;移相器;数字波束形成中图分类号:TN958.92文献标识码:AM illi m eter-W ave Phased-Array Radarand its Application ProgressS H I X i ng(Southw est China I nstitute o f E lectron ic Techno l o gy,Chengdu610036,Ch i n a)Abstract:The characteristics ofM illi m eter-W ave(MMW)Phased-A rray R adar(P AR)are descri b ed, t h e pr i n ciple of electron ica ll y scanned array(ESA)and pri m ary e l e ctronically scanned techn i q ues for MMW array are presented,as w ell as phase-con tro lled scan and phase shifter techn iques.M a i n app lication fields ofMMW P AR are ill u m i n ated and its progress is antici p ated on the basis o f radar and se m iconductor techniques.Key w ords:MMW radar;phased-array radar(PAR);electr onically scanned array(ESA);phase sh ifter;dig ita l bea m for m i n g(DBF)1概述随着雷达技术的发展以及不同应用领域日益提高的需要,远距离和高数据率、宽带和高分辨、多目标跟踪和识别、低截获和抗干扰、多功能和高可靠已经成为现代侦察、监视以及火控等雷达的基本要求。
毫米波同相控阵雷达的发展和结合应用,在多个方面适应了现代雷达发展的这些需求。
毫米波段(1~10mm)相对应的频率为30~ 300GH z,其低端毗邻厘米波段,具有厘米波段全天候的特点,高端邻接红外波段,具有红外波的高分辨力特点。
毫米波雷达波束窄,角分辨力高,频带宽,隐蔽性好,抗干扰能力强,体积小,重量轻。
与红外、激光设备相比较,它具有很好的穿透烟、尘、雨、雾的传播特性,具备良好的抗干扰、反隐身、反低空突防和对抗反辐射导弹(/四抗0)的能力。
由于受器件功率和大气条件的影响,毫米波雷达的作用距离受到了一定限制,但这并没有妨碍毫米波雷达的广泛应用。
相控阵雷达,特别是有源相控阵雷达,具有波束扫描快、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高等特点,容易实现天线共形设计并具备低截获概率和抗干扰的优良性能。
自20世纪50年代末问世以来,相控阵雷达在地基、空基、海基和天基雷达中得到广泛的应用。
特别是80年代后,砷化镓(Ga A s)等半导体器件的出现极大促进了有源相控阵雷达的迅速发展,有源相控阵雷达大量取代现役的机械扫描雷达,代表了现代雷达的#6#*收稿日期:2007-10-18;修回日期:2007-12-28主要发展方向。
国外新近研制的机载、无人机载、星载和弹载等多种平台的监视、火控和制导雷达多采用有源相控阵体制。
采用毫米波相控阵雷达,综合了毫米波和相控阵雷达的优点,可实现大范围、快速、多目标的搜索截获和跟踪,容易满足不同平台多种功能雷达的需求,是现代雷达应用发展的重要方向。
2毫米波雷达电扫描技术2.1电扫天线采用电子方法实现天线波束指向在空间扫描的天线称为电扫天线(ESA),采用有源相控阵的天线,称为有源电扫天线(AESA)。
电扫天线的扫描方式主要有4种,即相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法和电子开关切换法。
相控阵天线是电扫描天线的主要形式,上述的几种扫描方法从原理上可以完全或部分归结于相控扫描,详细原理可参考文献[1]。
改变传输路径长度(相位控制和时延控制)、工作频率和传输速度(改变传输介质的介电常数或磁导率)都可以实现相移,从而得到不同的电扫方法。
从天线基本性的原理上分析,天线方向图完全由天线口径形状和口径上的电流分布决定,天线方向图为天线口径电流分布的傅里叶变换。
具有固定波束的阵列天线和反射面天线实现了离散和连续的傅里叶变换,将经过波导或馈源的激励信号变换为对应的空间波束,由于阵列和反射面的特定固化设计,形成的波束相对天线面的方向和波形固定,只有通过机械转动进行扫描。
相控阵天线的性能由阵元数、阵元的空间位置分布、阵元激励电流、阵元结构形式和阵元的馈电方式5大要素决定。
控制各阵元激励电流的幅相值,改变了离散傅里叶变换的系数,得到不同角度和波形的波束,阵元间相位差的变化主要改变波束的角度,而阵元幅度的变化将改变波束的形状。
阵元的间距表示了空间采样的密度,从而决定了是否有波束模糊形成的栅瓣。
相控阵在空间域的信号序列处理和常规时间域信号处理间存在完整的对偶性。
毫米波雷达的电扫描技术在原理上和微波雷达相同,但由于频率的明显增加,造成了在关键部件可实现方式、达到指标程度和加工难度等方面同微波雷达有较大的差异。
针对不同的应用,需要在不同要求和可实现的途径间进行平衡折衷。
2.2主要电扫技术2.2.1相位扫描法相位扫描法通过控制阵列天线每个阵元或子阵的相位,改变波束指向,实现波束扫描。
相位控制阵列即简称为相控阵,有无源和有源相控阵之分。
有源阵的每个天线阵元连接具有完整收发功能的收发(T/R)组件,完成独立的移相和幅度控制。
无源阵使用单个功率发射和接收机,天线阵元的相位通过功分后的移相器控制。
无源和有源相控阵在原理上的差异导致两者在性能和使用上有显著的差别,有源阵更具有波束和波形控制的灵活性、高可靠和容易实现多功能等优点,发展应用前景更好。
在相位扫描法中,相移控制是实现扫描的关键技术,移相器则是相控阵天线的关键部件。
通过优质移相器对天线阵元的移相,可实现要求的口径照射函数的相位分布和波束方向。
2.2.2频率扫描法频率扫描利用线性阵列辐射单元之间的相位差随频率变化的特性,使天线波束指向变化而实现扫描。
频扫天线的馈源是一个串联馈电的慢波线,单元之间的慢波线长度需要等于多个波长,必须盘绕,也称为/蛇形线0。
频率扫描同样存在随扫描角增加波束变宽和增益下降的问题,通过采用幅度和密度加权可设计要求的副瓣。
频率扫描天线具有传输功率大且实现方法简便的特点,但其缺点也非常明显:首先,由于采用串馈(或等效串馈)阵列,其过渡历程长,需要足够长的时间才能形成一个完整的波束,因而扫描速度受到一定限制;其次,电磁波在馈线中边传播边辐射,能量在馈线中的损耗比通常的并馈阵列严重,频扫阵不宜太长,波束宽度难以做窄;再者,频扫天线的波瓣位置与工作频率一一对应,一旦这种对应规律被敌方截获,容易受到干扰。
频率扫描的这些缺点一定程度限制了其应用,在地面雷达相扫和频扫结合的二维扫描雷达等方面具有应用。
在低成本的Ka 频段毫米波电扫雷达中,法国采用频率扫描和Rot m an透镜结合,研制了二维电扫的雷达样机。
2.2.3时间延迟法时间延迟法对阵元或子阵的馈电时间进行实时延迟控制而实现波束扫描。
在宽带相控阵雷达中扫描波束指向随工作频率变化产生漂移,同时瞬时宽带信号受天线孔径渡越时间的限制,严重制约了宽#7#带相控阵雷达的应用。
在相控阵天线阵元,主要是子阵级采用实时延迟器(TTD)是实现瞬时宽带相控阵的有效措施。
(1)实时延迟的实现实时延迟可以在射频、中频、视频和光波段上实现。
射频实时延迟线长度应是波长的整数倍,结构形式与PI N二极管的数字式移相器相同,其损耗较大,不同延迟状态下损耗不一致。
在中频实现实时延迟与射频方法类似,TTD安置在中频通道。
中频时延的优点是时间与相移的公差易于控制、通道间的延迟损耗容易做到一致以及延迟的色散特性较小,缺点是延迟线长度和体积增加。
视频延迟容易同数字T/R组件和数字波束形成器结合,在阵元级和子阵级实现实时延迟,通过数字化TTD可以精确控制延迟时间。
在毫米波频段,中频和视频实时延迟更容易实现和控制。
(2)采用光纤的实时延迟用光纤实现实时延迟优点较多,包括延迟时间长、不同延迟损耗均匀、体积小、重量轻、易于走线和电磁兼容性好等。
通过光实时延迟的方法抵消一般相控阵天线的孔径渡越时间,可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描,同时也可以使得相控阵雷达小型化,并具有强的抗电磁干扰的能力。
实现方案多在子阵级进行光延迟,而在阵元上采用移相器。
采用光纤延迟需要进行光电转换,存在转换损失,一般在低功率状态下实现。
光延迟的方法主要有光延迟线开关、集成光延迟网络和B ragg光栅延迟线,对不同规模、频段和扫描角精度要求的相控阵可实施并联或串联馈电结构的实时延迟。
采用光电子技术实现实时延迟和互联传输在大型相控阵中将会有更广泛的应用。
2.2.4电子开关切换法电子开关切换法通过波束形成网络和透镜形成多波束,采用电子开关对阵元或子阵的馈电端口实现通断控制或切换,从而改变波束指向完成扫描。
开关切换法可以单个波束在时间上切换扫描,也可完成收发同时多波束。
(1)矩阵变换B lass和Butler多波束矩阵是应用较多的网络矩阵变换方法。
B l a ss多波束形成采用串联馈电,利用相邻单元间的传输线长度提供相位扫描,利用定向耦合器激励阵元形成多波束。
Butler网络的基本单元是3dB电桥和固定相移的移相器。
通过N个输入来激励N个阵元,形成N 个波束,各波束正交,是快速傅里叶变换(FFT)的模拟实现。
上述多波束的形成可在射频、中频和视频数字实现。
(2)通过透镜电子开关切换波束扫描的典型例子还包括透镜,其作用是将入射的任何平面波聚焦于该方向某一特定点(焦点),根据透镜的波束孔可以选择切换辐射信号的方向,形成扫描或同时多波束。
毫米波雷达中常用的透镜有Bootlance和Rot m an等透镜。
Bootlance透镜是由一组排列在一个表面上的接收天线用传输线和第二个表面上的发射天线相联接而组成的天线。
每组收发天线与传输线构成一个相对独立的通道,多通道通过输出面在空间中合成需要的辐射方向特性。