相控阵与阵列天线

相控阵雷达最大的优点是能够智能的实现大空域内的波束扫描，增益也较大，能够对观察范围内的目标进行准确跟踪、识别，并且能同时跟踪多个目标的动态，反馈信息，进行计算机的分析。

相控阵雷达可以在设定的空域内获取目标信息，根据目标，快速灵活地改变天线波束和指向形状，能够对整个空间内的各频段电磁波进行发送和接收，这是相控阵天线的空域滤波功能，即可对多个目标实现搜索、跟踪、捕获、识别等任务的精确完成。

一、机械扫描与电扫描

波束扫描方式不同

相控阵天线的发展以相控阵雷达为基础，相控阵雷达是20世纪60年代发展起来的一种电扫描式雷达，改进了之前的机械扫描式雷达。

1. 机械扫描式雷达是通过转动雷达天线实现波束扫描。

2. 电扫描式雷达则是通过控制天线阵元馈电方法灵活控制波束指向。

换句话说，相控阵天线的波束图变化是通过计算机控制的，它的天线参数会随着波束扫描角的变化而变化，此外相控阵天线的结构参数也会影响天线的波束方向图形状，（阵元间距、阵元排列形式，馈电系统等参数）

AN/FPS-115

"铺路爪"相控阵雷达，是上世纪70年代研制出来的远程预警雷达。即使是今天，5000+公里的探测距离也是相当不错的。

AN/FPS-115 "铺路爪" 雷达

它是由两个平面阵组成，两个圆形无线阵面彼此成60度，每个阵面后倾20度，直径约30米，由2000个阵元组成。扫描一次所需时间为6秒，平均无故障工作时间可达450小时。用来探测弹道导弹，测试各个参数，如速度、位置、发射和着落点等，可以覆盖240°的方位角以及3°~85°的高低仰角，探测距离一般为4800公里，对高弹道、雷达截面为10平方米的潜射弹道导弹的探测距离可达5550公里。

二、阵列天线分类

阵元排列结构

1. 线阵

2. 面阵

3. 圆形阵

4. 共面阵

性能分类

1. 一般阵列

2. 自适应阵

3. 相控阵

4. 信号处理阵列

相控阵

1. 无源相控阵雷达的天线不能产生雷达波，它的多个阵元共同使用一个发射机、接收机。

2. 有源相控阵雷达的每个天线阵元均采用独立的T/R模块，且每个组件都能发送和产生高频电磁能量。（在功率、效率、波束控制、测量精确度等方面有较大优势，并且重量轻于无源相控阵，但造价要明显高）

有源& 无源

有源阵列

每个阵元采用独立T/R模块

无源阵列

多个阵元公用一个T/R

三、馈电结构

馈电结构

通过馈电网络来激励阵元复电流，从而控制波束指向和形状。下面介绍两种馈电结构：传输线馈电，三维空间馈电，多波束阵列馈电。

传输线馈电

这种传输线馈电是等线长的。

为阵列天线提供等相位信号分布。

空间三维馈电

初级馈源辐射出的电磁波经透镜控制阵列得到相位激励（空间透镜）

空间透镜反射阵，两图波前的方向不同；透镜具有相移功能。

多波束阵列馈电

"矩阵馈电"，移相器是非常关键的部件，对天线的相位变化起决定性作用，属于——相控阵天线，国内研制较多。

"透镜馈电"的一个同时多波束天线，馈电原理，利用大量的准光学技术代替移相器。馈电网络在整个波束系统内通过微带实现。属于多波束天线。

四、阵列天线的基本参量

基本参量

1. 辐射图：天线辐射功率在空间中相对分布随方向变化的图。（主E面辐射图包含辐射场最大值和电场矢量E，主H面辐射图内包含最大辐射值和磁场矢量H。）

2. 方向性：表征天线辐射电磁场能量在空间分布情况的性能参量。（方向性函数是"单位立体角内的辐射功率"和"单位立体角内的平均辐射功率"比的函数。也可用场强方向图、极化方向图以及相位方向图来描述）

3. 增益：（单位立体角内的辐射功率与输入辐射功率比值的函数）

4. 带宽：阵列天线的带宽取决于阵元形式、阵元间距、馈电电流的幅度及相位等因素。

（绝对带宽用频率范围表示；相对带宽用相对于中心频率的百分比表示；）

窄带天线指（相对带宽小于10%），天线性能会随频率变化而变化，例如微带天线，喇叭天线等；

宽带天线指（相对带宽大于10%小于30%），天线频率改变不会对性能指标产生很大的影响，如对数周期，锥形天线等。

超宽带天线（相对带宽大于30%）

5. 波瓣宽度：天线方向图的主瓣宽度。

6. 旁瓣：主瓣之外的辐射波瓣成为旁瓣。高旁瓣会引入杂波，降低天线的接受性能。

7. 栅瓣：除主瓣以外的其他扫描范围内出现了（由于辐射场同相叠加形成的波瓣）。对于固定频率，阵