相控陣天線原理

相控陣天線指的是通過(guò)控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來(lái)改變方向圖形狀的天線。控制相位可以改變天線方向圖最大值的指向，以達(dá)到波束掃描的目的。

在特殊情況下，也可以控制副瓣電平、最小值位置和整個(gè)方向圖的形狀，例如獲得余割平方形方向圖和對(duì)方向圖進(jìn)行自適應(yīng)控制等。 用機(jī)械方法旋轉(zhuǎn)天線時(shí)，慣性大、速度慢，相控陣天線克服了這一缺點(diǎn)，波束的掃描速度高。它的饋電相位一般用電子計(jì)算機(jī)控制，相位變化速度快（毫秒量級(jí)），即天線方向圖最大值指向或其他參數(shù)的變化迅速。這是相控陣天線的最大特點(diǎn)。

相控陣天線饋電方式

相控陣天線的饋電方式分傳輸線饋電和空間饋電兩種。在傳輸線饋電方式下，射頻能量通過(guò)波導(dǎo)、同軸線和微帶線（見(jiàn)微帶線和類(lèi)微帶線）等微波傳輸線饋給輻射單元。

移相器置于微波傳輸線路內(nèi)。在空間饋電方式下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的射頻能量通過(guò)輻射裝置輻射至自由空間，傳輸一段距離后由一個(gè)接收陣接收，接收陣的每個(gè)單元或一組單元所接收到的信號(hào)，經(jīng)過(guò)移相器移相后再饋給發(fā)射陣的發(fā)射單元并輻射出去。在這種情況下，移相器位于發(fā)射陣和接收陣之間。空間饋電的饋電線路簡(jiǎn)單，但需要增加一個(gè)接收陣。傳輸線饋電的饋電線路復(fù)雜。

相控陣天線設(shè)計(jì)

相控陣天線陣列本身的設(shè)計(jì)主要是幅度、相位分布設(shè)計(jì)和單元阻抗設(shè)計(jì)。陣列尺寸由波束寬度最窄時(shí)的寬度值和副瓣電平?jīng)Q定。相位分布主要根據(jù)波束要求而定。由于單元方向圖和阻抗的限制，通常平面相控陣最大掃描范圍為±60°的圓錐，加上一個(gè)球罩透鏡后也可得到半球掃描。

若僅要求方向圖最大值在空間移動(dòng)（掃描），只需要形成線性變化的相位分布。這時(shí)方向圖的最大值方向垂直于等相位面。使用數(shù)字式移相器時(shí)，除了幾個(gè)特殊角度以外，一般得不到精確的線性相位分布。這時(shí)在方向圖的某些方向上會(huì)出現(xiàn)寄生副瓣，其大小與具體的相位分布規(guī)律有關(guān)。為了滿足特殊要求，則需要采用方向圖綜合法，事先算出所需的陣面相位分布。例如，可以將陣面分成若干個(gè)區(qū)域，把每一區(qū)域都看成獨(dú)立的陣面來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)陣的方向圖，這樣就能在空間得到多個(gè)同時(shí)存在的波束，也可以利用特殊的相位分布使方向圖變寬或形成余割平方形方向圖。

為了簡(jiǎn)化饋電結(jié)構(gòu)，有些相控陣天線是等幅度的。為了克服等幅分布時(shí)副瓣電平高的缺點(diǎn)，可采用密度加權(quán)，即有源輻射單元在陣面上的分布是不均勻的，其分布密度按一定的規(guī)律變化。在有源輻射單元的邊上放置不饋電的無(wú)源輻射單元，以改善輻射單元的阻抗特性。

相控陣天線輻射單元的數(shù)量多，當(dāng)失效單元數(shù)在5%以下時(shí)對(duì)天線陣性能的影響不大，因而可靠性較高。

雷達(dá)中使用相控陣天線后，波束控制靈活性顯著提高，故可制成多功能雷達(dá)，使一部雷達(dá)起幾部常規(guī)雷達(dá)的作用。隨著微波集成電路技術(shù)的發(fā)展和新型移相器的出現(xiàn)，相控陣天線的成本正不斷下降，體積越來(lái)越小，重量也在進(jìn)一步減輕。
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