相控阵雷达微波组件-概述说明以及解释
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试析相控阵雷达多功能射频与微波设计作者:田耕邓桂福来源:《科学与财富》2019年第03期摘要:随着我国高科技技术水平的不断提升,计算机网络技术、半导体技术以及射频、微波技术得到长足发展,并逐年予以改进、创新,取得了丰硕的研究成果。
与此同时,相控阵雷达系统所处的工作电磁环境也变的日益复杂化,射频与微波设计也受到严峻考验。
关键词:相控阵雷达;多功能射频;微波设计相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达,它被广泛应用于军事作战当中,它的工作原理主要是依靠于大量个别控制的小型天线组件排列成一个阵面,而每一个天线单元都是由独立的开关进行控制。
相控阵雷达技术在我国到九十代末才被在战斗机与舰载系统中使用。
随着新型战场对战双方形势的改变以及各种新工艺、新器件、新材料的实际应用,作战平台所面临的挑战与威胁也逐步增多,导致相控阵雷达的工作环境变得复杂,为了节约成本、提高突防率,各个作战平台相应的配备了多种新式电子设备,进而使平台的各个组件得到进一步优化。
一、相控阵雷达的优势相控阵可以分为主动有源式与被动无源式,而被动无源式技术于上世纪八十年代中期就已经形成了较为纯熟的系统,并被广泛应用于小型战斗机上面。
而主动有源式技术随着时间的推移,直到九十年代末才逐渐在作战机上使用[1]。
相控阵雷达与传统的机械扫描雷达相比,优势较为明显,它有效的解决了机械扫描雷达各种先天不足问题,大相一致的孔径与操作波长下,相控阵的多目标追踪能力、自身分辨率、反应速度、电子反对抗能力都远远强于传统雷达,不过采用这种技术,需要投入大量的经费,科技技术含量高,对技术人员的专业技能要求高。
因此,这种相控阵技术大多用于军事作战用途。
比较典型的有源相控雷达的应用例子是中国的O52D型驱逐舰。
二、多功能射频的定义多功能射频技术是采用开放式、模块化、可重组的射频传感器系统体系构架,它的工作原理是用宽带多功能孔径代替作战平上数量较少的天线孔径,结合计算信息技术当中先进的资源管理调度算法及功能控制软件,与此同时,有效实现电子作战、通信、导航、自动识别等多种实用的射频功能。
雷达的工作原理雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。
为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离公式为:S=CT/2 其中S为目标距离,T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间,C为光速雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。
通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,雷达测速利用了物理学中的多普勒原理:当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。
相控阵雷达功能特点及其应用分析摘要:相控阵具备迅速扫瞄与灵活波束的能力,支持同时进行多目标搜索、追踪与其他多种任务。
相控阵雷达的出现,在非常大程度之上克服了一般雷达的问题。
相控阵雷达的优势是极大的,但是它也是基于极大的资本投入。
必需融合改良技术,减少输入与输出,展现相控阵雷达的极大优势。
本文对于其特点与应用作了详细的论述。
关键词:相控阵雷达;功能特点;应用分析1 相控阵雷达原理相控阵雷达天线阵由若干辐射单元与接收单元(称作阵元)构成。
单位的数量取决雷达的性能,自几千到几万不等。
这些细胞有规律地排序于一个平面之上,产生一个阵列天线。
通过电磁波相干原理,通过计算机掌控输入到各紫外线单元的电流的相位,可变化波束的扫描方向,故称为电扫描。
天线单元将接收到的回波信号传送到主机,完成雷达对于目标的搜索、追踪与测量。
除天线紫外线元件之外,每个天线单元也具备比如移相器之类的装置。
不一样的振子可通过移相器获得不一样的相电流,进而在空间之中紫外线出不一样方向的光束。
天线的单元数愈多,频带于空间之中产生的波束便愈多。
该雷达以此相控阵天线为基础,并且以此相控阵天线取名。
振幅掌控可通过相位法、频率法与电子馈电开关法来构建。
在一维中布局多个辐射单元作为线阵,在二维中布局多个辐射单元称为面积阵。
紫外线元件也可布局于曲线或是曲面之上。
这种天线称作保角阵列天线。
该共形阵天线消除了线阵与面阵扫描角度的缺乏,构建了单天线全空气电扫。
共形阵天线包含圆形阵、圆锥阵、圆柱阵、半球形阵等。
综上所述,调压阵雷达是以此其天线为相控阵因而取名的。
2 相控阵雷达的特点相控阵雷达和其他雷达相比,具备比较强的生命力与灵活性。
它远高于采用机械扫描的普通雷达。
其特点重要有以下几点。
(1)天线波束形状变动快的能力:依据天线图综合理论,在维持计算机掌控的条件之下,对于每个天线单元相控阵的幅值与振幅原产展开干涉与变化,波束形状发生变化。
其次是相对比较低的速度(宽度,副瓣的位置,副瓣电平与数字,天线副瓣的位置)。
相控阵雷达TR 组件Thank you * 隔离器基本原理隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。
输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。
隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。
隔离器主要技术参数 1.隔离强度:也叫隔离能力、耐压强度或测试耐压,这是衡量信号隔离器的主要参数之一。
单位:伏特@1分钟。
它指的是输入与输出,输入与电源,输出与电源之间的耐压能力。
它的数值越大说明耐压能力越好,隔离能力越强,滤波性能越高。
一般的,这种耐压测试是通过一次性样品的耐压检验来确定的。
2.精度:这是衡量一个信号隔离变送器质量的标尺。
业内一般能做到量程±0.2[%]。
个别品牌如M-SYSTEM 、ACI 等能做到±0.1[%]。
3温度系数:表示隔离器等仪表在环境温度发生变化时,精度的变化情况。
大多情况下用百分数表示(也有用单位250ppm/K表示的),如:M-SYSTEM温度系数±0.015[%]/℃(相当于150ppm/K)。
4.响应时间:表征信号隔离器的反应速度。
5.绝缘电阻:内部电源与外壳之间隔离直流作用的数值化表征。
6.负载电阻:反映了信号隔离器的带载能力。
开关电路一般称为天线收发模块应用在收发器,其功能是在发送状态将天线和发射器进行连接,而在接受状态时,将天线与接收器进行连接。
PIN二极管作为一个基本单元在这些开关中的使用时,他们就会比电子-机械开关提供更高的可靠性,更好的机械强度和更快的开关速度。
PIN二极管开关电路技术指标插入损耗和隔离度:PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻,因此开关在导通时衰减不为零,成为正向插入损耗,开关在断开时其衰减也非无穷大,成为隔离度。
二者时衡量开关的主要指标,一般希望插入损耗小,而隔离度大。
开关时间:由于电荷的存储效应,PIN管从截止转变为导通状态,以及从导通状态转变为截止状态都需要一个过程,这个过程所需要的时间成为开关时间。
微波相控阵
微波相控阵是一种由许多辐射单元排成阵列形式构成的天线,各单元之间的辐射能量和相位关系是可以控制的。
它通常利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描,即电子扫描,简称电扫。
相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。
微波相控阵的主要优点是:
1. 能在空间形成动态的、可移动的、聚焦的辐射波束,实现空间功率合成。
2. 各辐射单元的相位、幅度、频率独立可调,实现高效波束赋形和扫描。
3. 具有快速扫描能力和较高的扫描精度。
4. 广泛应用于雷达、无线通信、电子对抗等领域。
微波相控阵的缺点是:
1. 结构复杂,制造和调试困难。
2. 对控制系统的精度和稳定性要求较高。
3. 需要大量的信号处理和控制线路,导致成本较高。
4. 对环境的干扰和电磁兼容性要求较高。
总之,微波相控阵是一种高性能的天线技术,在某些领域具有广泛的应用前景,但也需要考虑其复杂性和成本等因素。
相控阵雷达简介第一部分:引言论坛上朋友们对相控阵雷达很感兴趣,而且对美军的有源相控阵雷达表示出近乎崇拜的热情,总是哀叹我们为什么没有这么神气的雷达。
但是在很多朋友的帖子中,都表现出我们对相控阵雷达的概念不是很清楚,甚至有的雷达专业的网友有时也有一些似是而非的说法。
其实要正确的了解雷达中的很多基本概念,并不是很容易的事情,要能给别人讲清楚,更需要实际的工作经验。
碰巧我参加过相控阵雷达研制,虽然做的工作是边边角角的,但是想结合自己的体会和一些专业书上的概念,尽可能把我认为正确的概念介绍给各位朋友。
第二部分:相控阵技术综述相控阵技术是一种通过控制阵列天线的各个单元的相位和幅度以便形成在空间满足一定分布特性的波束,并且能够改变其扫描角度(指向)的技术。
这种技术目前一般都是用计算机控制波束的形成和扫描,因此最大和好处是可以实现一些传统天线没有的优势,即:形状、指向和波束的个数无惯性的改变。
这里解释一下什么是波束,波束实际上是一个形象的说法,在天线和传播技术领域,我们经常讲某个天线发射的(或者接收的)波束是“笔型波束”、“扇行波束”等等之类的,并不是说在空间存在这样的一个笔形或者扇形的东西,而是说当这个天线发射信号时(或者接受信号时)它在不同的方向信号放大倍数是不同的(或者对接收在不同空间到达方向的信号放大倍数不同),有的方向倍数大(叫增益),有的方向小,就形成了一个增益和方向的关系曲线,形象的说,就是一个“笔形的波束”或者“扇形波束”。
需要说明的是,所有的天线都有波束的概念,而且接收的时候和发射的时候可以是不同的。
相控阵的天线通过电控的单元相位改变,使波束指向、形状、个数等可以很快的改变,这是它根本的优势。
还有一个顺便可以提到的问题,就是雷达干扰和抗干扰问题。
在雷达对抗领域,经常提到一个旁瓣干扰的概念,这个又是一个和波束概念有关系的。
一般在天线增益最大的方向附近是天线的主波瓣,在这个方向附近之外,天线增益下降很快,但是其他的方向上增益也不会是零,一般在很大的范围内,都会有信号进入,但是除了主瓣之外,其他方向进入的信号比最大的主瓣方向进入的信号要弱很多。
相控阵雷达原理相控阵雷达是一种利用多个天线单元配合工作的雷达系统,通过合理控制每个天线单元的相位和幅度,实现对目标的高精度探测和跟踪。
相控阵雷达因其具有快速波束扫描、高分辨率、抗干扰能力强等特点,在军事、民用领域得到了广泛应用。
本文将对相控阵雷达的原理进行详细介绍。
首先,相控阵雷达的基本原理是利用多个天线单元形成一个天线阵列,每个天线单元都可以独立进行相位和幅度的调控。
当射频信号经过不同相位控制的天线单元后,会形成一个特定方向的波束,从而实现对目标的定向发射和接收。
通过改变每个天线单元的相位和幅度,可以实现波束的快速扫描和定向。
其次,相控阵雷达的工作原理是基于波束形成和波束控制的技术。
在波束形成过程中,利用每个天线单元的相位控制,将发射的波束聚焦到特定方向,从而实现对目标的定向发射。
在波束控制过程中,通过改变每个天线单元的相位和幅度,可以实现对波束的快速扫描和跟踪。
另外,相控阵雷达的工作原理还涉及到波束的形成和调控算法。
波束形成算法是指根据天线阵列的结构和特性,通过计算每个天线单元的相位和幅度,确定最佳的波束形成参数。
波束调控算法是指根据目标的运动状态和环境的干扰情况,实时调整每个天线单元的相位和幅度,以保证波束的稳定和精确。
最后,相控阵雷达的原理还涉及到天线阵列的结构和工作模式。
天线阵列的结构包括线阵、面阵和体阵等不同类型,每种结构都有其特定的波束形成和调控特性。
天线阵列的工作模式包括全向波束、单向波束和多向波束等不同模式,可以根据具体的应用需求进行选择和切换。
综上所述,相控阵雷达是一种利用多个天线单元配合工作的雷达系统,通过合理控制每个天线单元的相位和幅度,实现对目标的高精度探测和跟踪。
其工作原理涉及波束形成和波束控制技术、波束形成和调控算法,以及天线阵列的结构和工作模式。
相控阵雷达在军事、民用领域具有广泛的应用前景,将在未来得到更加广泛的发展和应用。
TR组件中的基本微波器件——移相器
1功能
移相器主要是对模拟RF信号的相位进行实时控制,而且多数要求在雷达的工作频带内,相位不随频率变化,相位的控制由二进制码控制。
相控阵雷达波束的电子扫描通过移相器实现。
移相器一般收发共用。
移相器通常置于发射通道功率放大器输入端,所以移动相器大多为小功率移相器。
2移相器的分类
T/R组件用移相器根据组成元器件类型分为三类:
•PIN二极管移相器
•铁氧体移相器
•GaAs移相器
根据移相方式分为:
•模拟式
•数字式
模拟式移相器相移连续可调,数字式移相器的相移是量化了的,即其相位只能阶跃变化。
虽然前者相位变化比较精细,但是其控制电路十分复杂,经过计算和分析,数字式移相器只要使其相移调变量小于45度,就可以足够精细地控制天线波束的指向位置。
_摘自清华大学出版社《微带电路》
3各种移相器优缺点比较
PIN二极管移相器功率容量比较高,在低频段插入损耗较低,转换时间较长;
GaAs FET数控移相器,转换时间短,比PIN二极管数控移相器提高约一个数量级。
但插入损耗较高,功率电平也比较低;
铁氧体移相器体积大,控制电路复杂,但功率容量最高。
此外,PIN二极管为电荷控制器件,驱动电路复杂,GaAs FET数控移相器为电压控制器件,可直接由数字电路的TTL电平控制,控制驱动电路极其简单。
4移相器主要技术指标
1.频率范围;
2.移相精度;
3.输入、输出驻波
4.开关时间
5.插入损耗
6.最高输入功率
7.芯片大小及控制方式。
相控阵雷达的工作原理
相控阵雷达是一种多路分配及合成的微波探测技术,它由多个微波接收元件组成一个2维或3维阵列,能在一定范围内测量物体的信息。
相控阵雷达的工作原理如下: 1、将多个微波接收元件平行排列,形成2D或3D的阵列; 2、使用RF信号源将微波信号发射出去,这些信号会受到物体的反射; 3、通过相位控制,每个接收元件都能接收到不同时间上的反射信号,这样就能够获得时间差和距离差; 4、经过多路分配和合成,就可以准确地检测到物体的信息,包括位置、大小、形状等。
相控阵雷达微波组件-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述:
相控阵雷达技术是一种通过控制多个发射接收单元之间的相位差来实现波束扫描的雷达技术。
微波组件作为相控阵雷达系统中的关键组成部分,起着至关重要的作用。
本文将重点探讨相控阵雷达中的微波组件,包括其在系统中的应用、性能要求以及未来发展趋势。
通过深入了解微波组件在相控阵雷达中的作用,我们可以更好地理解和应用这一先进的雷达技术。
"1.2 文章结构"部分内容如下:
本文将首先介绍相控阵雷达的概念和原理,讨论其在军事和民用领域中的重要性。
然后将重点探讨微波组件在相控阵雷达中的作用和应用,分析其在系统性能、精度和灵活性方面的重要性。
最后,结合相关文献和案例研究,总结微波组件在相控阵雷达中的作用,并展望未来微波组件的发展趋势。
文章以系统性和逻辑性展开,旨在全面解析相控阵雷达微波组件的关键作用和发展前景。
1.3 目的
本文的目的是探讨相控阵雷达中微波组件的重要性及其应用。
通过对相控阵雷达和微波组件的简介,以及微波组件在相控阵雷达系统中的实际
作用进行分析和总结,希望能够帮助读者更深入地了解相控阵雷达技术和微波组件在其中的关键角色。
此外,还将展望未来微波组件的发展趋势,为相关领域的科研人员和工程师提供一些启示和思考。
通过本文的研究,旨在促进相控阵雷达技术的进步与发展,推动微波组件在雷达系统中的应用与创新。
2.正文
2.1 相控阵雷达简介
相控阵雷达是一种利用多个天线阵列组成的雷达系统,通过对每个天线的信号进行精确的相位控制和合成,实现对目标的定位和跟踪。
相控阵雷达具有方向性强、抗干扰能力强和较高的分辨率等优点,被广泛应用于军事、航空航天、气象探测等领域。
相控阵雷达的工作原理是利用天线阵列中的多个天线,通过分别改变每个天线的发射信号的相位和幅度,实现对目标的定位、跟踪和成像。
相控阵雷达系统可以根据需要调整天线的指向角度,实现对空间内不同区域目标的监测和探测。
相控阵雷达在现代军事中扮演着至关重要的角色,可以用于实现对空中、地面和海面目标的探测和跟踪。
同时,相控阵雷达还可以实现对多目标的同时监测和跟踪,提高了作战效率和实时情报的获取能力。
总的来说,相控阵雷达是一种高度灵活、高性能的雷达系统,具有广泛的应用前景和重要的战略意义。
在未来的发展中,相信相控阵雷达将会继续发挥重要作用,并不断完善和提高其性能。
2.2 微波组件的重要性
微波组件在相控阵雷达系统中扮演着至关重要的角色。
相控阵雷达系统的性能和功能直接受制于微波组件的质量和设计。
微波组件是传输和处理雷达信号的关键组成部分,它们承担着信号的转换、放大、过滤、混频、调制等功能,为整个雷达系统提供了稳定可靠的工作基础。
与传统雷达系统相比,相控阵雷达系统中的微波组件更加复杂和精密。
由于相控阵雷达系统需要同时控制多个天线单元,并实现波束的电子扫描和指向,微波组件必须具备更高的频率范围、更低的损耗、更高的功率处理能力和更快的信号处理速度。
只有具备这些特性的微波组件才能保证相控阵雷达系统的高性能和高可靠性。
因此,微波组件在相控阵雷达系统中的重要性不言而喻。
对微波组件的研发和制造技术的持续发展,将直接影响到相控阵雷达系统的性能水平和成本效益。
在未来的相控阵雷达发展中,微波组件的重要性将继续得到提升,成为影响系统性能的关键因素之一。
因此,加强对微波组件技术的研究和发展,提高其性能和可靠性,对推动相控阵雷达技术的发展具有重
要意义。
2.3 相控阵雷达中的微波组件应用
在相控阵雷达系统中,微波组件起着至关重要的作用。
相控阵雷达系统通过控制不同发射和接收单元之间的相位差,可以实现波束的电子扫描,从而实现目标的定位和跟踪。
而微波组件则是相控阵雷达系统的核心部件,负责发射和接收射频信号,并将其处理成数字信号,供系统进行进一步处理。
在相控阵雷达中,微波组件主要应用在以下方面:
1. 发射模块:微波组件中的发射模块负责产生高功率的射频信号,经过相控阵的控制,可以实现波束的精确指向。
发射模块通常由功率放大器、频率源、调制器等组件组成。
2. 接收模块:接收模块负责接收来自目标的回波信号,并将其转换成数字信号送入信号处理模块。
接收模块通常由低噪声放大器、混频器、滤波器等组件构成。
3. 控制模块:微波组件中的控制模块负责相控阵系统的信号调控和波束扫描,确保系统可以实现快速而精准的目标追踪和定位。
总之,微波组件在相控阵雷达系统中扮演着关键的角色,其稳定性、性能和功能对系统的整体性能有着重要影响。
随着科技的不断发展,相信微波组件在相控阵雷达中的应用必将不断创新和完善,为雷达技术的进步做出更大贡献。
3.结论
3.1 总结微波组件在相控阵雷达中的作用
相控阵雷达中的微波组件起着至关重要的作用。
微波组件是相控阵雷达系统中的核心部件,它们负责接收、处理和传输雷达信号,具有调频、功率放大、射频信号传输等功能。
相控阵雷达系统中需要大量的微波组件来实现准确的目标探测和跟踪,保障雷达系统的性能和可靠性。
微波组件的优劣直接影响着相控阵雷达系统的性能表现。
高品质的微波组件能够提供更高的信噪比和更快的数据处理速度,从而提高雷达系统的探测精度和目标识别能力。
同时,微波组件的稳定性和耐用性也直接关系到雷达系统的使用寿命和维护成本。
总的来说,微波组件在相控阵雷达中扮演着不可替代的角色,是实现雷达系统高性能、高可靠性的关键因素之一。
随着技术的不断进步和发展,相信微波组件在相控阵雷达中的作用会越来越重要,为雷达技术的发展提供更加坚实的支撑。
3.2 展望未来微波组件的发展
未来微波组件的发展将涉及多个方面,包括技术革新、性能提升和应用拓展等方面。
首先,在技术方面,随着物联网、5G通信和人工智能等新兴技术的发展,对微波组件的性能和功耗等方面提出了更高要求。
因此,未来微波组件的发展方向将更加注重提高频率范围、降低功耗、提高集成度和增强可靠性等方面。
其次,在性能提升方面,未来微波组件将更加注重提高工作频率、增加带宽、提高传输速率和降低噪声等方面。
这将需要微波组件制造商不断进行研发和创新,不断推动微波组件的性能提升。
此外,在应用拓展方面,未来微波组件将在更多领域展开应用,如医疗、汽车、航空航天和军事等。
这将需要微波组件制造商不断改进产品性能,以满足不同领域的需求。
总的来说,未来微波组件的发展将继续向着高性能、低功耗、高集成度和广泛应用的方向发展,为相控阵雷达等领域的发展提供更好的支持和保障。
3.3 结语
在相控阵雷达技术中,微波组件的重要性不言而喻。
它们是实现雷达系统高性能和复杂功能的关键组成部分,对于提高雷达系统的性能和灵活性起着至关重要的作用。
随着科技的不断进步,微波组件的性能和可靠性
也在不断提升,相信在未来的发展中,微波组件将会更加智能化、高效化,并对相控阵雷达技术的发展起到更为重要的支撑作用。
我们期待着未来微波组件的创新和进步,为雷达领域的发展贡献力量。
愿相控阵雷达技术在未来能够迈向更加广阔的领域,为人类的科技进步和安全保障作出更大的贡献。