第六章：电扫描雷达6.1概述6.2相控阵雷达6.3有源相控阵雷达6.4移相器6.5频率扫描雷达6.6数字波束形成（DBF）6.1概述机械扫描：雷达在搜索目标时，需要不断改变波束的方向。改变波束方向的传统方法是机械转动天线，使波束扫过一定的空域、地面或海面。机械扫描存在什么问题？如何解决？电扫描：利用电磁波的相干原理，通过控制天线各阵元电流相位的变化来改变波束的方向，同样可进行扫描。相控阵天线“相控阵”即“相位控制阵列”，通过控制相对相位，就可以控制辐射的方向；相控阵天线由许多辐射天线或单元按一定结构排列而成，其方向图的形状和指向由各单元上电流的相位和幅度决定；辐射单元可以是偶极子、开口波导或任何其它类型的天线（微带天线、八木天线等）电扫描雷达的特点电扫描雷达主要形式：相位扫描雷达频率扫描雷达数字波束形成（DBF）与机械扫描雷达相比，电扫描雷达天线无需机械转动即可实现对多目标的同时搜索和跟踪波束扫描灵活、快捷，多目标跟踪能力强抗干扰能力强6.2相控阵雷达相控阵天线由许多辐射元组成，各单元之间以一定的距离分开。通过对馈到各阵元上的信号的幅度和相位进行控制，使各单元作用的总和构成希望的方向图；阵列天线常用的两种形式是线阵列和面阵列（平面、曲面）。线阵列天线示意图6.2.1相控阵基本原理在与天线阵法线夹角为的方向上，两个阵元之间由波程差引起的相位差为为最大单边角度扫描范围N个阵元在θ方向远区辐射场的矢量和为为单个阵元的方向性系数为阵列的方向性系数利用等比级数求和公式及欧拉公式求和得将上式取绝对值并归一化，得阵列的方向函数为考虑阵元的方向性式中称为阵元因子阵列天线方向图归一化辛格函数曲线副瓣太高，有什么坏处？如何降副瓣？相位扫描原理示意图偏离法线时的方向性函数为法线方向波束指向由方向函数可得到以下几点结论：在扫描平面内，随扫描波束离开法线方向，半功率主瓣宽度将变宽，波瓣宽度近似与成正比；天线增益随的增大而减小。由方向函数可得到以下几点结论：栅瓣随单元间距和的增大而增大方向图和增益测试方法远场条件方向图和增益测试方法微波暗室：紧缩场测试6.2.2相控阵雷达的基本结构按天线阵元是否有发射机，分成两种形式：1）无源相控阵列，整个天线共用一个发射机；2）有源相控阵列，每个（或一组）天线阵元共用一个发射机和接收机（T/R组件）。一种无源相控阵雷达框图无源相控阵天线馈电网络可以是功率分配（合成）器（称之为强制馈电），也可以是喇叭和空气介质（称之为空间馈电）；馈电网络具有射频波束形成的功能以实现无源相控阵雷达的多波束（例如和波束、差波束）；由于这种相控阵雷达的天线面一般是由无源器件构成的，因此称为无源相控阵雷达。今后雷达的发展趋势波束捷变，意味着电扫描自适应，趋向于数字设计低截获概率（LPI），对波形设计、天线设计均有严格要求抗干扰，意味着天线超低旁瓣，波束、频率、波形、PRT捷变，自适应信号处理高可靠性，固态发射机，有源阵有效成本，意味着组件可大批量生产6.3有源相控阵雷达无源相控阵雷达有什么不足？有源相控阵雷达是相对无源相控阵雷达而言的。特征是每一单元（或一组单元）接有一发射机/接收机前端（即T/R组件）。由于其天线阵包含了大量的有源部件，所以被称之为有源相控阵雷达。6.3.1概述AN/APG-79有源相控阵雷达子阵有源相控阵结构示意有源相控阵天线6.3.2有源相控阵雷达的组成及特点雷达发射、接收时T/R组件中的移相器相位不变。在发射方向上的目标回波信号经天线单元接收后，由T/R组件中的LNA放大并送子阵网络相加，相加后的多通道信号送波束形成网络，形成和信号、方位差信号、仰角差信号，经三通道接收机放大变换送信号处理机进行检测，然后将目标信息通过接口设备送计算机进行数据处理，形成目标轨迹在显示器上显示。雷达控制器根据雷达的功能和雷达目标环境自适应的控制雷达的工作方式（搜索和跟踪方式）和波束指向。波束形成网络：模拟：简单可靠，但形成的波束固定，灵活性差，不容易实现多波束；DBF（数字波束形成）：复杂、受信号带宽限制，但形成的波束灵活可变，可自适应处理。有源相控阵雷达的特点发射机效率高发射、接收插入损耗低，探测距离远可靠性高能兼容阵列信号处理更灵活的雷达资源管理但是：研制、调试复杂，成本高6.3.3有源相控阵雷达的关键部件——T/R组件6.4移相器移相器应该能快速地改变相移根据使用材料可分为：铁氧体移相器、铁电陶瓷移相器、半导体二极管移相器、分子极化控制移相器等6.4.1数字开关式移相器改变相移量的最基本的方法是改变传输线的长度不同长度传输线间转接有两种基本形式：并联式级联式带有N个转接线的数字开关并联式移相器四比特数字开关级联式移相器中电集团13所产品--集成数控移相器中心频率：30～120MHz带宽：中心频率×10%移相范围：0～360°8位数控，最小步进：1.4°最大输入功率Po<10dBm插损 ≤3dB接口：SMA，SIP插针电源:+5V，±15V总电流:<100mA6.4.2铁氧体移相器铁氧体是一种磁性元件，外加激励脉冲电流时，它的磁化状态改变，从而在高频电路中得到所需要的相移量。6.5频率扫描雷达通过改变雷达的工作频率来实现波束扫描不是靠移相器改变相位，而是通过延迟线来产生相位差的串联馈电频扫线阵平面阵频率扫描天线相位—频率扫描阵列思考题频率扫描的优点是什么？缺点是什么6.6数字波束形成（DBF）波束形成是指在特定的方向上形成主瓣波束，接收有用信号并且抑制来自其它方向的干扰信号波束形成方法：模拟方法，如射频或中频合成网络，形成多波束复杂数字方法（DBF），数字移相加权形成波束，可形成多波束（容易），可进行阵列信号处理DBF系统的基本结构DBF天线阵组成天线阵列接收模块A/D变换器数字波束形成器DBF阵组成DBF天线阵通道效正接收通道校正：误差来源及校正DBF天线阵通道效正天线测试和校正：误差来源及校正远场条件被测天线辐射源相位残差DBF几个概念方向的导向矢量方向的合成波束分别为第i个通道的复相修正系数和数据DBF几个概念方向的合成波束（加权）为加窗DBF几个概念DBF和机械扫描的结合DBF和相控阵的结合能形成多少个波束？DBF几个概念DBF天线测角：和差比幅测角，或相邻波束比幅测角自适应波束形成（ADBF）ADBF的作用：SMI采样矩阵求逆SMISMI处理前和波束SMI处理后和波束DBF雷达的特点自适应波束形成能产生密集多波束方便实施阵列单元方向图校准易实现自校准和超低旁瓣可获得超角分辨力便于进行灵活的时间管理适合于多站（基地）工作谢谢！放映结束感谢各位的批评指导！让我们共同进步
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