相控阵雷达天线的工作原理及其发展

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1、相控阵雷达天线的工作原理及其发展潘婷陕丙黄河集团有限公司陕丙丙安710043摘要：木文从相控阵雷达天线的工作原理入手，简要说明了相控阵雷达天线的优点和应用。关键词：相控阵；天线；雷达；应用自20世纪30年代雷达问世以来，雷达作为一种军事装备开始服务于人类，始终保持着方兴未艾、蓬勃发展的态势。雷达技术获得了高速的发展，在国防、军事和民用的各个领域，雷达都发挥着举足轻重的作用。它是精确打击武器系统的重要组成部分，是武器系统发挥作战效能的有力保证。相控阵雷达是20世纪60年代问世的一种新体制电扫描雷达。相控阵雷达

2、能在设定的空域，根据战术需要，灵活地改变波束形状及指向，对多达数百批目标实施无惯性搜索、跟踪、编码，识别和分类的多任务功能。在雷达发展史中，相控阵雷达完成了从早期雷达仅能对单个目标的距离，角域等标量参数进行粗略测量而感知目标，到瞬间同时对众多目标的距离、角域、速度，加速度和极化等标量和矢量参数精确实时测定而认知目标的飞跃。一、相控阵雷达的工作原理？相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线元件排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的开关控制，通过控制各天线元件发射的时间差，就能合成不同相

3、位（指向）的主波束，而且在两个轴向上均可进行相位变化；相控阵各移相器发射的电磁波以建设性干涉原理强化并合成一个接近笔直的雷达主瓣，而副瓣则由于干涉相消而大幅减低。我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。典型的相控阵是利用电磁波相干原理，通过电子计算机制移相器改变天线孔径上的

4、相位分布来实现波束在空间扫描，简称电扫。辐射单元把接收到的冋波信号送入主机，完成雷达对B标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还奋移相器等必须的器件。不冋的振子通过移相器可以被馈入不冋的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数0越多，贝iJ波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。二、相控阵雷达的分类根据电扫方式，相控阵雷达可分为两大类，即全电扫相控阵和有限电扫相控阵。全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和

5、仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。冇限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。天线阵，根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐

6、标利用频率变化控制来实现波束电扫。机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。相控阵雷达又可分为有源和无源两类。其实，冇源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，B标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗

7、度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。三、相控阵雷达的优点？在其功能方面，相控阵雷达较之传统雷达，主要有以下五个优点：(1)波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，扫描数据率高。相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割原理或多波束，可实现边搜索边跟踪工作方式，与电子计算机相配合，能Ml吋搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批0标，并能同时制导多枚导弹攻击多个空中B标。适用于多0标、多方向、多层次空袭的作战环境。？(2)相控阵雷达能够同时形成多个独立控制的波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探

8、测等多种功能。可大大减少武器系统的设备，从而提高系统的机动能力。？？(3)g标容量大，可在空域内同吋监视、跟踪数百个s标。它的反应吋间短、数据率高。(4)对复杂S标环境的适应能力强。(5)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。四、相控阵雷达天线的应用相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。如今，多功能相控阵雷达己广泛用于地面