高功率微波空间功率合成效率分析

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1、第27卷第6期航天电子对抗230引言高功率微波空间功率合成效率分析李丹，于小红(装备指挥技术学院，北京101416)摘要：分析了影响高功率微波空间功率合成的主要因素，研究了几种误差对空间功率合成效果的影响，探讨了获得较好功率合成效果高功率微波的控制需求．通过仿真分析得出一些有价值的结论，能够为高功率微波空间功率合成的工程化提供参考与指导。关键词：高功率微波；功率合成；相位误差中图分类号：TN925文献标识码：AAnalysisonefficiencyofHPMspatialpowercombiningI

2、。iDan，YuXiaohong(TheAcademyofEquipmentCommandandTechnology。Beijing101416，China)Abstract：TheprimaryfactorsaffectingtheHPMspatialpowercombiningareanalyzedfirstly．SecondlytheimpactofseveralerrorsontheefficiencyofHPMspatialpowercombiningisstudied．Thirdlythec

3、ontrolneedforgainingbettercombiningefficiencyisprobed．Somevaluableconclusionsobtainedbysimu}ationcanprovidereferenceanddirectionforHPMspatialpowercombiningproject．Keywords：highpowermicrowave；powercombiningphaseerror高功率微波空间功率合成是指利用多个高功率微波源，发射频率相同、相位符合特定关系

4、的辐射波，使之在空间传播过程中功率相互叠加，从而在特定方向和特定距离上形成高能量密度电磁波束n]。如果阵列中各天线单元的辐射效率最大和达到合成位置的电磁波同相叠加，则可以实现最大空间功率合成效率心]。然而在实际合成过程中，各种因素使得空间功率合成的效率难以达到最大。本文研究了影响高功率微波空间功率合成的主要因素，分析了几种误差对合成效果的影响，最后探讨了实现高效率功率合成时高功率微波的控制需求。l高功率微波空间功率合成效率高功率微波空间功率合成达到远区目标处的功率与天线在该处的场强平方成正比，因此高功率

5、微波空间功率合成效果可以用下式表示L3]：收稿日期：2011—06—27；2011—09—13修网。作者简介：李丹(1979一)，博士研究生．讲师，研究方向为作战指挥。胖N+∑∑cos(Ae,,)IEl2=嚣N2——旦≈≯—一(1)式中N为阵元数目，E为电场强度振幅，E。=60fV6V-而7，L为阵元到目标的距离，AOi=0i一护，，i=1，⋯，N，J=1，⋯，N，歹≠i，△以是阵元i和阵元歹发射信号场强在目标卫星处的相位差。其中，i=￡一kL，。k为波程因子。可见。高功率微波空间功率合成效果主要受到以

6、下几个冈素的影响：1)高功率微波的E!RP；2)阵元到目标的距离；3)阵元在空问的位置；4)阵无数目；5)阵元电流的相位分布。从式(1)可以看出，合成效果与高功率微波的EIRP成正比，与阵元到目标的距离平方成反比的关系。等效功率与阵元数的平方成正比，随着阵元数的增加．等效功率将迅速增加。空间功率合成效率如下所示：N7=(N+∑∑cos(AOo))／肝(2)l：1j=1．，≠i要达到最佳合成效果。△只，=0，￡一￡一k(L，一L，)=0．即波程差等于相位差时在目标处实现最佳的功率合成效果。2几种误差对合成

7、效率的影响在实际空间功率合成的过程中，各种冈素的影响24航天电子对抗2011(6)使得合成的效率难以达到最大。本文将重点研究相位误差、幅度误差、阵间距误差、目标位置误差和时延误差对空间功率合成效率的影响。首先，以相位误差对空间功率合成效率的影响为例进行公式推导[4j。在目标位置如果相位对齐。则能够产生最大的合成功率。但实际上由于很多原因相位对齐是不理想的。假设二元阵列发射极化方向相同的角频率为t．O的正弦信号，在远场合成场强：E(f)2e1cos(mt+声1)+也cos(tot+乒2)(3)式中e，和e

8、：，声。和庐：分别是两个信号的电场强度和相位，考虑相位差的作用．令e，=e：=e。在某一远场位置的功率密度为：P=E(f)2／Z0=(矿／Zo)(2+2cos(oJt+拳1)cos(cot+拳2))=2(e2／Zo)(1+cos(庐l一声2))(4)式中，磊表示自由空间波阻抗。假设相位误差为部=≠。一声：正态分布，中值为零，方差为矿=艿拳2。那么功率密度的期望值是：(P)=2(e2／Zo)(1+cos3声)=2(e2／Zo)(1+e一，72