相控陣雷達因其使用相控陣天線而得名。相控陣天線可以根據饋電方式分為兩類,一個是強制饋電相控陣天線,另一個是空間饋電相控陣天線。饋電,可以理解為給天線輸入信號的意思。天線要工作,必然會有信號的輸入和輸出,那就必須要進行饋電了。 強制饋電的相控陣天線:這是最典型的一種形式,信號通過功分器、或者是TR組件,直接連接到陣列天線中的每一個單元上面。常見的相控陣雷達,比如SPY1、APG77等雷達的天線就是采用的這種形式。這樣的相控陣天線外觀只看得見一個平面陣面,傳輸信號的微波線纜都在陣列后方。見下圖
SPY1雷達的天線陣面 那么空饋相控陣是怎么回事呢。 上個實際60,70年代,由于受限于微波器件技術。到了S波段以上,移相器和TR組件的研制生產難度和成本都較高。如果使用強制饋電形式會有些無法解決的問題,因而在妥協性能和成本后,一些相控陣雷達選擇了空饋相控陣天線。 空饋相控陣天線可分為反射式和透射式。 這個可以類比反射面天線(拋物面)和透鏡天線。他們都需要一個喇叭天線,這個喇叭天線就稱為饋源喇叭或者叫饋源天線。這個饋源喇叭會發射一個入射波,對陣面進行照射,然后陣面搜集到能量后,會發射出一個平面波在無窮遠處聚焦,即形成了一個高增益的出射波束。簡單來判斷,這個出射波束方向如果和入射波束相同,那這就是透鏡天線;反之,如果出射波束和入射波束反向,那這就是反射面天線。 那么空饋相控陣天線同樣如此,不過主要在陣面上會有區別。反射面天線和透鏡天線往往天線本身是有很大曲率的,即成拋物面狀或者其他形狀。空饋相控陣天線,主陣面依然是平面,但是陣面會包含移相器,依靠移相器而非天線外形來形成所需要的高增益出射波。S300的64N6大鳥雷達、愛國者的MPQ53雷達使用的均為空饋式相控陣天線。 和空饋的普通天線類似,有的空饋相控陣天線饋電系統蠻復雜,可能有多個透鏡,或者先反射后透射等等,這里就不過多贅述。
64N6的天線工作簡介 感謝@應用技術聯合體的圖片說明
64N6E雷達工作原理簡介 總而言之,空饋式相控陣天線成本更低,設計也較為簡單。如果是無源相控陣系統,巧妙設計的空饋天線甚至能節約一部分微波傳輸線的損耗。但是空饋形式饋電不可避免的會有部分漏掉沒有被陣面截獲到,陣面上的能量分布也不均勻,這都會導致天線最終增益的下降。因此同口徑面積下的空饋天線增益會比強饋天線低一些。并且單個喇叭的承受功率也有限,因而這種空饋形式的相控陣天線發射功率難以繼續提高。因而在追求高性能的相控陣系統上,難以看見這類空饋天線身影。
空饋天線也有獨到之處
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