相控阵雷达研究现状与发展趋势

233学术论丛

有源相控阵雷达浅谈

张建强西安电子工程研究院

摘要：相控阵雷达的原理，组成，关键技术及特点。关键词：有源相控阵；优点；发展趋势

引言：有源相控阵技术是近年来发展的雷达新技术。它将是提高雷达在恶劣电磁环境下对付快速，机动及隐身目标的一项关键技术。经过40余年的发展，该技术终于在各种雷达上取得了成功的应用。有源相控阵技术可以极大的扩展雷达的功能和提高雷达的性能，提高和丰富作战的能力和作战模式。一、有源相控阵雷达的原理及关键技术相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能。一般的雷达波束扫描是靠雷达天线的转动实现的，被称为机械扫描。而相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变动来进行扫描发现目标的，这种方式被称为电扫描。在相控阵雷达天线阵上，排列着上成千上万个能发射电磁波的辐射器，每个辐射器配有一个"移相器"，每个"移相器"都由电子计算机控制。当雷达工作时，电子计算机就通过控制这些"移相器"，来改变每个辐射器向空中发射电磁波的"相位"，从而使电磁瓣能像转动的天线一样，一个相位一个相位地偏转，从而完成对空搜索使命。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。当搜索远距离目标时，成千山万个T/R模块通过计算机控制集中向一个方向发射电磁波，使天线的辐射总功率大大提高，从而可以探测更远距离的目标。如果对付近距离目标，这些T/R模块可以产生多个波束根据担负的任务不同有搜索、确认、跟踪、识别真假目标。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，"相控阵"由此得名。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。同时天线阵列还可进行机械转动，这样不但克服了平面相控阵雷达天线观察空域有限的缺点，而且大幅提高了雷达数据率，改善了对目标的跟踪性能。当今国内外研制的舰载雷达、机载雷达、弹道导弹防御雷达以及星载雷达均采用有源相控阵雷达天线。随着计算机技术、数模混合集成电路技术及微波移相技术的快速发展，有源相控阵技术具有多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优势，正由雷达向通信电子、定位导航等多领域发展。二、无源相控阵和有源相控阵雷达的区别：有源相控阵雷达的天线采用的是一种称为T/R模组的接收与发射装置，每一块T/R模组都能产生电磁波而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接收机，外加具有相位控制能力的相控阵天线组成，天线本身不能产生雷达波，这是结构上的区别。有源相控阵雷达天线阵面的每个天线单元中均含有源电路，发射/接收组件(T/R 组件)是有源相控阵雷达的关键部件。收发合一的 T/R 组件包括发射支路、接收支路及射频转换开关及移相器。每个 T/R 组件既有发射高功率放大器(HPA)、滤波器，限幅器，又有低噪声放大器(LNA)、衰减器及移相器、波束控制电路等。有源相控阵雷达的收发装置只有T/R模组，所以重量较轻，故障率较低，即使几个T/R模组损坏了，也不会影响到整台机器的使用，而无源相控阵雷达就不具有这种优势，只要发射机和接收机任意一个发生故障，雷达将无法正常工作。通常这类无源相控阵雷达的发射机均采用磁控管、调速管、行波管和向前波管等，这是性能上的差别。实际上，一个T/R组件就是一部雷达的发射/接收的小雷达。有的T/R组件还包括本振信号输入和中频、视频输出。三、有源相控阵雷达的工作过程有源相控阵雷达的核心是T/R组件，该组件由功率放大器、驱动放大器、移相器、限幅器、低噪声放大器组成。T/R组件的工作原理是：在发射周期，激励信号被送入T/R组件的发射通道，经T/R开关和移相器到驱动放大器和功率放大器，信号放大后经输出开关反馈到天线，辐射到天空中去；在接收期间，从阵列天线接收到的微弱信号通过限幅器，送往高频高增益低噪声接收机进行放大以及与本真信号进行下变频处理、检波等处理变为零中频信号。然后经A/D变换成数字信号，最后将数字信号送到波束形成器，在波束控制下产生满足要求的接收波束。数字波束(DBF)形成实质上是数字式空间滤波处理，最后通过信处运算板和时控机解算，将目标信息送往显示终端。显然，发射机的任务是雷达射频信号的功率放大，而接收机完成接收信号的放大，提高雷达接收机前端灵敏度。移相器的作用是阵列天线实现电扫面。限幅器对低噪声放大器起保护作用，同时又对功率放大器提供良好的匹配终端。波控激励器受控于雷达计算机，可以实现按预先制定的工作方式进行波束指向和波束形状的相位控制。功率放大器和低噪声放大器分别担负发射和接收通道的射频信号放大，它们将直接决定T/R组件的性能。对功率放大器的要求是频带宽、增益与效率高、信号质量好、稳定可靠、散热好。对低噪声放大器的要求是频带宽、噪声系数小、增益高且平坦、动态范围大。四、有源相控阵雷达的优点(1)波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；(2)一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、(3)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。结语：随着有源相控阵雷达的不断发展，大量采用单片集成电路器件，雷达阵面的T/R组件成百上千的增加，使雷达的阵面更大，作用距离更远。通过控制计算机更好的控制T/R组件，同时可实现对几百个目标的跟踪。改善了阵面结构设计，降低了雷达的成本，有利于提高雷达的可靠性，并有效的提高了雷达系统的响应速度。未来战争进攻手段的特点是快速，精准及隐蔽；为充分而有效地发挥雷达原有的性能，必须增强抗干扰的能力。同时应配备强大的电磁干扰，从而使敌方的各种探测手段失效，无法实施有效的防御。参考文献：[1]丁鹭飞、耿富录 雷达原理 西安：西安电子科技大学出版社，1984[2]向敬成，张明友 雷达系统(第一版)北京：北京电子工业出版社，2001[3]左群声 徐国良 嘛林 雷达系统导论(第三版)电子工业出版社作者简介：张建强(1986.09.29)男，民族：汉，学历：大专，职称：高级工，研究方向：无线电。

雷达技术发展历程及未来发展趋势

概述：

雷达（Radar）是一种利用电磁波进行探测和测量的技术。它在军事、航空、气象、导航等领域发挥着重要作用。本文将介绍雷达技术的发展历程，并探讨未来雷达技术的发展趋势。

一、雷达技术发展历程：

1. 早期雷达技术：

雷达技术起源于20世纪初期，最早用于军事领域。早期雷达系统主要采用机械扫描方式，通过发送脉冲信号并接收回波来实现目标探测。这些早期雷达系统在第二次世界大战期间发挥了重要作用，匡助军队进行目标侦测和导航。

2. 脉冲雷达技术：

随着科技的进步，雷达技术逐渐发展为脉冲雷达技术。脉冲雷达系统通过发送短脉冲信号并测量回波的时间来确定目标的距离。这种技术具有高分辨率和较长探测距离的优势，被广泛应用于航空、气象和导航领域。

3. 连续波雷达技术：

连续波雷达技术是雷达技术的又一重要发展阶段。连续波雷达系统通过发送连续的电磁波信号，并测量回波的频率变化来确定目标的速度。这种技术在航空领域中被广泛使用，用于飞行器的导航和着陆。

4. 相控阵雷达技术：

相控阵雷达技术是近年来的重要突破。相控阵雷达系统通过利用多个发射和接收单元的组合，实现对目标进行快速扫描和定位。相控阵雷达技术具有高分辨率、快速探测和抗干扰能力强的特点，广泛应用于军事和航空领域。 二、雷达技术的未来发展趋势：

1. 多波束雷达：

多波束雷达技术是未来雷达技术的重要发展方向。通过利用多个波束同时进行探测和测量，可以提高雷达系统的探测效率和准确性。多波束雷达技术可以应用于军事侦察、航空导航和天气预测等领域。

2. 超高频雷达：

超高频雷达技术是未来雷达技术的另一个重要方向。超高频雷达系统可以利用较高频率的电磁波进行探测，具有更高的分辨率和探测距离。这种技术可以应用于目标识别、隐身飞行器探测和地质勘探等领域。

3. 弹性波雷达：

弹性波雷达技术是未来雷达技术的新兴方向。弹性波雷达系统可以利用地球表面的弹性波传播进行探测，具有对地壳结构进行高精度探测的能力。这种技术可以应用于地质勘探、地震预警和环境监测等领域。

相控阵雷达天线延时技术的发展

摘要：上世纪末，随着对抗和隐身技术的日益重要，以及低成本GaAs单片集成电路、微波表贴器件、低成本高速数字处理器等的发展，人们开始倾向于使用有源相控阵来实现快速波束扫描。

关键词：相控阵天线；延时技术；发展

随着应用需求的不断发展，开发高分辨率、宽覆盖、大瞬时带宽的相控阵雷达已提上日程。在宽带相控阵天线中，为提高天线频率响应以获得更好波束指向特性，要在天线射频链路中接入一个可调实时延时器，以补偿天线扫描孔径效应。天线延时器选择往往需从提高天线整体性能、系统复杂性与成本等方面进行综合权衡。当前，具有固定参考周期的实时延时器方案是相控阵天线在工程实现中插入实时延时器的常用方案。

一、相控阵雷达概述

相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，其快速而精确转换波束的能力使雷达能在1min内完成全空域的扫描。其是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵，每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控及移相器控制，能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。雷达工作时发射机通过馈线网络将功率分配到每个天线单元，通过大量独立的天线单元将能量辐射出去并在空间进行功率合成，形成需要的波束指向。

此外，相控阵雷达分为有源和无源两类。其实，有源和无源相控阵雷达的天线阵基本相同，二者主要区别在于发射/接收单元的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机、接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射单元，目标反射信号经接收机统一放大。而有源相控阵雷达的每个天线单元都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因如此，也使有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大，但有源相控阵雷达在功能上有独特优点。

二、子阵延时器和延迟补偿技术

子阵延迟器阵列天线接收到的信号经T/R通道放大后通过合成网络，然后进入子阵延时器进行增益补偿和延时，一定数量的有源子阵接收信号在合成后进入接收机。发射信号通过阵列网络分配到每个有源子阵，再进入子阵延时器进行信号放大延时，然后分配到每个T/R通道进行放大，由天线单元辐射出去。

相控阵雷达频率

1. 什么是相控阵雷达

相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种利用阵列天线实现波束的电子扫描，从而实现快速目标搜索和跟踪的雷达系统。与传统的机械扫描雷达不同，相控阵雷达通过改变阵列天线中各个单元的信号相位和幅度来实现波束的电子扫描，具有快速、灵活、高精度等特点。

2. 相控阵雷达频率

相控阵雷达工作时需要使用一定的频率进行信号传输和接收。这个频率称为相控阵雷达频率。相控阵雷达可以工作在不同的频段，如S波段、C波段、X波段等。不同的频段有不同的特点和应用场景。

2.1 S波段

S波段是指工作在2-4 GHz范围内的频段。S波段具有穿透能力强、抗干扰能力好等特点。由于其穿透能力强，S波段常被用于地面监测、海洋监测等领域。

2.2 C波段

C波段是指工作在4-8 GHz范围内的频段。C波段具有分辨率高、抗干扰能力强等特点。由于其分辨率高，C波段常被用于天气预报、航空监测等领域。

2.3 X波段

X波段是指工作在8-12 GHz范围内的频段。X波段具有穿透能力强、抗干扰能力好等特点。由于其穿透能力强，X波段常被用于地下探测、隐身飞行器探测等领域。

3. 相控阵雷达频率选择的考虑因素

相控阵雷达频率选择需要考虑多个因素，包括应用需求、环境条件等。

3.1 应用需求

不同的应用场景对相控阵雷达频率有不同的要求。例如，对于需要穿透建筑物或者地下探测的应用，需要选择具有较强穿透能力的频率；对于需要高精度目标跟踪的应用，需要选择具有较高分辨率的频率。

3.2 环境条件

环境条件也会影响相控阵雷达频率选择。例如，对于海洋监测应用，需要选择能够穿透海水的频率；对于高山地区的应用，需要选择能够穿透山体的频率。 3.3 技术限制

相控阵雷达频率选择还受到技术限制的影响。不同的频段可能需要不同的硬件设备和信号处理算法。因此，在选择相控阵雷达频率时，还需要考虑系统可靠性、成本等因素。

4. 相控阵雷达频率的发展趋势