基于最小波束跃度的相控阵虚位技术研究

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1、基于最小波束跃度的移相器虚位技术研究李玮，田书林，刘震，黄建国，江子奇(成都电子科技大学自动化工程学院，成都611731)摘要本文讨论了相控阵天线波束跃度与天线阵单元数目和移相器位数等参数之间的关系，推导出波束跃度的计算公式。在此基础上，研究了基于最小波束跃度条件下的子阵移相器虚位技术。通过选取不同虚位值，仿真了相控阵天线波束扫描方向图，并与理想情况进行比对，验证了虚位技术的合理性和适用性。关键词相控阵天线，移相器，子阵划分，虚位技术BeamDisplacementandPhantom-bitTec

2、hnologyofDigitalPhaseShiftersInPhasedArrayAntennaLiWei,TianShulin,LiuZhen,HuangJianguo(SchoolofAutomationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChengdu,Chengdu,611731,China)Abstract:Therelationshipbetweenbeamdisplacementandthebitofphas

3、eshiftersaswellastheelementnumberinphasedarrayantennaisdiscussedinthispaper.Onthisbasis,phantom-bittechnologyundertheconditionofminimumbeamdisplacementisresearched.Byselectingdifferentbitinphaseshifters,thescanningdirectionalpatternissimulatedandcompar

4、edwiththeonewithoutusingphantom-bittechnology,whichvalidatestherationalityandapplicabilityofphantom-bittechnology.Keywords:phasedarrayantenna,phaseshifters,subarraydividing,phantom-bittechnology50引言20世纪60年代以来，相控阵雷达技术获得了很大的发展和应用，现已广泛应用于几乎所有类型的军用雷达中。与其他雷

5、达相比，相控阵雷达的主要特点源于相控阵天线。对于大型空间探测相控阵雷达，其阵面通常由许多个小的天线单元组成。通常情况下，100个左右的天线单元线阵，数千个天线单元的平面相控阵，在相控阵雷达中已是屡见不鲜了[1]。要实现这样的相控阵天线，一个很重要的问题是通过馈电网络将发射机输出的雷达信号，按照一定的幅度和相位分布馈送给阵面上的每一个天线单元。在接收时，通过馈电网络将各个天线单元收到的信号按照一定的幅度和相位要求进行加权，相加后馈送给接收机。在馈电网络中，将对天线单元信号进行复加权中的相位加权部分称为

6、“馈相”[2]。与馈相方式密切相关的是通过减少移相器、简化移相器控制信号的产生方式以及压缩移相器控制信号的数目等技术手段来降低馈线系统的复杂性，从而达到降低成本的目的。为了降低数字式移相器的位数，同时保证所需要的较小波束跃度，在相控阵雷达设计过程中广泛采用“虚位技术”[3]。本文推导了相控阵天线波束跃度的计算公式，在此基础上研究了基于最小波束跃度条件下的子阵移相器虚位技术，并通过实验仿真验证了虚位技术的合理性和适用性。1数字式移相器位数与天线波束的跃度各种不同类型的移相器是相控阵雷达馈线系统实现馈相

7、的主要器件，为了便于用计算机进行控制，多采用数字式移相器。采用数字式移相器时，移相器位数是相控阵雷达系统设计者首要考虑的问题[4]。设数字式移相器的位数为（为正整数），则移相器的最小理论相移值。天线波束的最大指向取决于相邻天线单元之间的阵内相位差，由于数字式移相器的相移量是离散的，相移量只能够是的整数倍，即：（1）5式中为整数，在等幅均匀相控阵天线的波速扫描中，天线波束最大指向可以用表示（其中为波位数，表示第个波束的指向），相邻单元之间的阵内相位差应该满足：（2）由（1）、（2）式得：（3）同理，对

8、于第个波束，有：（4）当阵内相位差由增加一个最小相移值后，波束指向将由扫描到。称为由第个波束指向变到第个波束指向的角度增量，亦称波束跃度。即：由于：通常情况下的很小，，。故近似得到第个波束指向下的波束跃度：定义波束从法线方向向侧边扫描一个波束位置时的波束跃度为最小波束跃度，记为，由于不扫描时的波束指向，则有：（5）因此，波束跃度与最小波束跃度的关系为：由讨论可知，采用数字式移相器后，因移相值的离散性导致波束指向的离散性。随着扫描角度的增大，波束跃度按照增大，这与天线波