相控陣天線
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。
相控陣天線由許多固定的天線單元組成,這些單元相干饋電,并在每個(gè)單元上用可變相位或時(shí)延控制使波束掃描到空間給定的角度上。有時(shí),為了使方向圖賦形,還需采取幅度控制。陣列有時(shí)還用來代替固定的口徑天線(反射面、透鏡),因?yàn)槎鄠(gè)單元可使輻射方向圖的控制更加精密,從而能得到更低的副瓣或更精細(xì)的方向圖賦形然而,使用陣列天線的主要原因在于能夠產(chǎn)生一個(gè)電控的可重新定位(掃描)的方向性波束。雖然本書也討論具有固定(靜止)波束和多個(gè)靜止波束的陣列天線,但重點(diǎn)將是那些電掃陣列天線。
雷達(dá)或通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)師把陣列天線看做一個(gè)具有一組技術(shù)指標(biāo)的元件(具有可測量的輸人和輸出)。陣列設(shè)計(jì)師看到的是陣列的細(xì)節(jié)以及由雷達(dá)或通信系統(tǒng)所給定的物理和電氣方面的限制,并在這些約束條件下尋求最佳設(shè)計(jì)。
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)。
關(guān)鍵器件
相控陣天線的關(guān)鍵器件是移相器和天線輻射單元。移相器分連續(xù)式移相器和數(shù)字式移相器兩種。連續(xù)式移相器的移相值可在0°~360°范圍內(nèi)連續(xù)變化,數(shù)字式移相器的移相值是離散的。移相器應(yīng)保證在一定的頻率范圍內(nèi)獲得所需要的移相值,同時(shí)還需要滿足一定的耐功率和溫度穩(wěn)定性等要求,以保證相控陣天線能在不同頻率上和在變化的環(huán)境條件下正常工作。
天線輻射單元的設(shè)計(jì)應(yīng)使一定移相范圍內(nèi)(或波束掃描范圍內(nèi))和一定頻率范圍內(nèi)的輸入阻抗的變化盡可能小,以保證發(fā)射機(jī)正常工作,防止由于射頻信號(hào)的多次反射而出現(xiàn)寄生副瓣和方向圖中出現(xiàn)凹點(diǎn)(盲點(diǎn))的現(xiàn)象。為此,可采用互耦小的單元或采取專門的去耦措施。
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。
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