相控阵天线 ppt课件

第二章 相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列〔ESA 〕天线。

虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。

天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。

在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。

在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。

在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。

下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。

2.1 相控阵天线扫描的基本原理 2.1.1 线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。

根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。

垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。

相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。

由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。

图2.1是一个由N 个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿y 轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为d 。

每一个天线单元的激励电流为(i 0,1,2,...N 1)i I =-。

每一单元辐射的电场强度与其激励电流i I 成正比。

天线单元的方向图函数用(,)i f θϕ表示。

图 2.1 N 单元线性相控天线阵原理图y阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ijr i i i i ieE K I f r πλθϕ-= (2.1)式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：B ji i i I a e φ-∆=(2.2)式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。

相控阵天线图1：左：两个天线单元，与同相馈，右：两个天线单元，与美联储不同的相移相控阵天线的辐射单元组成，每个地段与移相器。

梁所形成的转移，从每个辐射元件发出的信号相位，提供建设性/破坏性的干扰，以便在需要的方向引导横梁。

在图1（左）都辐射元素厌倦同相。

该信号被放大的主要方向建设性的干扰。

梁清晰度提高了破坏性的干扰。

图2：电子束偏转动画在图1（右），信号发出的辐射元素降低了10度的相移比上辐射元素前面。

正因为如此的发射和信号的主要方向是向上移动。

（注：辐射元素已被用于无反射，因此在图中显示的图后瓣天线是一样的主瓣大）主梁总是指向在增加相移的方向。

那么，如果信号被辐射是通过电子传递相移器给人一种连续相移现在，将电子束的方向调整。

但是，这不能无限延长。

最高值，可用于查看相控阵天线（FOV）领域所取得的为120 °（60 °和60 °左右）。

随着正弦定理的必要阶段的时候可以计算出来。

下图以图形显示了辐射单元矩阵。

任意天线结构可以作为天线领域中的一个焦点。

对于相控阵天线是决定性的，单一辐射元素与常规相不动，因此改变了梁的主要方向带领。

例如天线的市场价117由1584辐射在一个模拟波束形成结•••••••可能的安排线性阵列图3：相控阵天线线阵这些天线组成，其行约一个共同的移相器送入元素。

一个垂直安装在对方数线性阵列形成一个平面天线。

•优点：简单的安排•缺点：只在一个平面上可能的射线偏转•举例给出：•PAR - 80（水平波束偏转）和•RRP - 117（垂直波束偏转）•大型立式孔径（LVA），与固定波束天线的模式。

这对相控阵天线是一种常用的，如果波束偏转是在一个平面上，因为只需要一个完整的天线又是无论如何进行（RRP - 117）。

图4：相控阵天线平面阵列平面阵列这些天线阵列完全由单打辐射元素和它每获得一个自己的相移器。

该元素是有序的矩阵数组。

对所有元素形成完整的平面布置相控阵天线。

相控阵天线的基本原理介绍相控阵天线是目前卫星移动通信系统中最重要的一种天线形式，由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。

基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。

由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。

一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。

相控阵天线有相控扫描线天线阵和平面相控阵天线。

图一图一 N单元相阵远区观察点P处的总场强可以是认为线阵中N个单元在P点产生的辐射场强叠加：图二线性相控阵天线这一天线阵的方向图函数为：图三平面相控阵天线相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。

相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。

通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。

控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。

在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。

用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这已缺点，波速的扫描高。

它的馈电相一般用电子计算机控制，相位变化速度快，即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速。

这是相控阵天线的最大特点。

一般相控阵天线应对每一辐射单元的相位进行控制。

为了节省移相器和简化控制线路，有时几个辐射单元共用一个移相器。

相控阵天线的关键器件是移相器和天线辐射单元。

移相器分连续式移相器和数字式移相器两种。

连续式移相器的移相值可在0°～360°范围内连续变化，数字式移相器的移相值是离散的，只能是360×(1/2)^n的整数倍，移相器应保证在一定的频率范围内获得所需要的移相值。

天线辐射单元的设计应使一定移相范围内和一定频率范围内的输入阻抗的变化尽可能小，以保证发射机正常工作，防止由于射频信号的多次反射而出现寄生副瓣和方向图中出现凹点的现象。