相控阵天线与雷达

《相控阵天线与雷达》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相控阵天线与雷达（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、BUPT 相控阵天线相控阵天线与与雷达雷达 班级：班级：07114 学号：学号：070422 姓名：吴希龙姓名：吴希龙 指导老师：李莉指导老师：李莉 邮箱邮箱：FusionB 1 目录目录 摘要摘要 . 2 一相控阵天线原理一相控阵天线原理 . 3 1.1)一维线阵 . 3 1.1.1)MATLAB 对一维线阵方向图仿真分析 . 4 1.2)二维平面阵 . 5 1.2.1)MATLAB 对二维平面阵方向图仿真分析 . 6 二相控阵雷达特点二相控阵雷达特点 . 8 三相控阵雷达天线选择三相控阵雷达天线选择 . 9 四相控阵雷达天线关键技术四相控阵雷达天线关键技术 . 10 4.1)移相器 . 1

2、0 4.2)天线波束控制器 . 12 4.3)天线馈电技术 . 13 五有源相控阵雷达五有源相控阵雷达 . 15 5.1)有源相控阵雷达特点 . 15 5.2)T/R 模块 . 15 六总结六总结 . 16 七参考文献七参考文献 . 17 八附件八附件 . 17 2 摘要摘要 相控阵天线运用于雷达是雷达技术的一次革命性进步。 由于相控阵天线特有的快速电子扫描能力，功率合成能力，共形能力等，使得相控阵雷达的性能相比机械扫描雷达有了 极大的进步。 本文先通过对一维线相控阵和二维平面相控阵天线阵的方向函数变化能力进行 理论分析，并且通过 MATLAB 仿真来展示相控阵的方向改变能力和多波束成形能力；

3、随后 介绍了相控阵雷达相对于旧式机械扫描雷达的特点以及相控阵雷达对相控阵天线的要求； 随 后介绍了相控阵雷达天线所采用的关键技术； 最后介绍了相控阵雷达的代表有源相控阵雷 达技术。 关键字关键字 相控阵天线、方向函数、MATLAB 仿真、相控阵雷达、有源相控阵 3 相控阵天线基本原理相控阵天线基本原理 相控阵天线(Phase Array Antenna,PAA)是一种固定天线阵，它可以使天线波束指向随着 使用需要不断调整， 它通过控制阵中不同天线发射单元的激励电流相位来产生不同的方向图 形状以满足不同场合的需要。 一维线阵一维线阵 我们先从一维线阵着手研究相控阵天线的相位扫描原理。 假设一个由

4、 N 个天线发射单元构成的天线阵，天线单元排成一列直线。在 Z 轴上以不 等距方式排列，激励电流分别为An= ejn。 则可得阵因子为： f , = An ejk(dncos+n)Nn=0可以看出，当 d 固定而n取不同的值，f , 也将是不同的方向函数。 设单元天线的归一化方向函数为F , ，天线阵因子f , 归一化为F , ，则由天线 阵的方向图乘积原理得，天线阵的归一化方向函数为F , F , ，由于F , 给定，故 n的变化可以使整个天线阵固定而对不同的方向辐射能量而无需天线阵的转动。 通过 MATLAB 仿真，我们可以清楚的观测到一元线阵随着个单元相位差变化而产生不 同的方向函数 d

5、0 d1 d2 d3 dn z y 0 4 五元线阵，各点相距2，相位一致 单元分布同上，各点相位为 0,2,3,4,5 5 单元分布同上，各点相位 0,2,5,0,1 二维平面阵二维平面阵 而对于二维相控阵天线， 可以看做一个以一维线阵为天线单元的一维线阵， 故有与上面 类似的结论，不同的是由于每个天线单元都为一维相控阵，都具有可调的方向函数 设二维平面相控阵天线排列在zOy平面上， 为等间距矩形格阵排列， 共有M*N个单元， 列间距d1，行间距距d2。观察方向以方向余弦表示为 cosx,cosy,cosz ，则第(i,k)个单元与作为参考的(0,0)单元产生的空间相位差为ik= i1+ k

6、2。 其中1= 2 d1cosy，2= 2 d2cosz。为单位距离产生的空间相位差。 设由移相器产生的的阵内相位差，即第(i,k)单元与参考单元(0,0)单元的激励电流相位差 为Bik= i + k。，分别为单位阵内相移值。 d1 0 1 2 N-1 d2 z y x M-1,N-1 M-2,N-1 6 设(i,k)单元的激励电流幅度加权系数为aik，则平面方向阵的阵因子F cosy,cosz 可表示为： F cosy,cosz = aik exp j (ik Bik)M1k=0N1i=0将ik,Bik的表达式代入后有 F cosy,cosz = aik exp j i dr1 cosy +

7、 k(dr2 cosz )M1k=0N1i=0其中dr1=2 d1，dr2=2 d2 则可知，只要改变单位阵内相移值，就可以改变整个阵因子，继而改变整个相控阵 天线的方向函数。在计算机的精确控制下，可以达到定向改变主瓣方向，集中能量探测一个 方向，甚至形成多个波束而探测几个不同的方向。 MATLAB 仿真结果如下： 5*5 天线阵，d1= d2=2，zOx 截面方向图，Bik全为 0； 7 单元分布同上，zOx截面方向图，Bik= 0 3 11 4 1;1 2 1 8 7; 4 3 1 2 7;1 2 1 2 1;3 5 4 2 1 单元分布同上，zOx截面方向图，Bik= 0 2 3 4 5

8、;5 4 3 2 1; 1 2 3 4 5;5 4 3 2 1;1 2 3 4 5 8 相控阵雷达相控阵雷达的特点的特点 相控阵雷达(Phase Array Radar,PAR)即为采用了相控阵天线的雷达，最早出现在 50 年代 中期，一般作为远程警戒雷达。特点是体积大，功率高，如弹道导弹预警雷达及防空导弹火 控雷达。70 年代以后，相控阵雷达得到了迅速发展，大批国家都研制装备了不同的相 控阵雷达， 如美国的 AN/TPN-25 和 AN/TPQ-37、 英国的 AR-3D、 法国的 AN/TPN-25、 日本的 NPM-510 和 J/NPQ-P7、意大利的 RAT-31S、德国的 KR-7

9、5。 图为 NMD 系统早期预警相控阵雷达 而随着电子技术的进步， 尤其是计算机能力的进步和元件小型化， 使得相控阵雷达的小 型化成为可能，已经能成功的装备为机载火控雷达，如 F-22 装备的 AN/APG-77。 图为 F-22 战斗机装备的 AN/APG-77 有源相控阵雷达 相控阵雷达之所以得到各国的普遍重视和迅速发展主要还是得益于相控阵天线带来的 以下特点。 9 1. 天线波束快速扫描能力天线波束快速扫描能力及天线波束形状的捷变能力及天线波束形状的捷变能力 天线波束快速扫描能力是相控阵雷达的主要技术特点也是其为了代替机械扫描雷达而 产生的主要原因。 它和天线波束形状的捷变能力均来自于相控阵天线的单元相位差异， 故相 控阵雷达的天线波束指向快速变换能力和天线波束形状捷变能力取决于相移开关器件以及 控制信号的计算传输时间。 图为 Su-27 战斗机装备的机械扫描雷达，可以清楚的看到天线转动设备 而在现在的技术水平下，采用半导体开关