相控陣天線原理

相控陣天線指的是通過控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來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，射頻能量通過波導(dǎo)、同軸線和微帶線（見微帶線和類微帶線）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，體積越來越小，重量也在進(jìn)一步減輕。
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