相控陣?yán)走_(dá)：波束掃描技術(shù)

時(shí)間：2020-05-25 09:35:05

關(guān)鍵字：相控陣?yán)走_(dá) 相位雷達(dá) 仿真程序

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[導(dǎo)讀]相控陣采用的是電子方法實(shí)現(xiàn)波束無(wú)慣性掃描，因此也叫電子掃描陣列(ESA)，它的波束方向可控、掃描也靈活，并且增益也可以很高。對(duì)于相控陣天線輻射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常用歸一化的天線方向圖來(lái)描述，它反映了波束形狀、天線增益、副瓣等特性。波束的指

相控陣采用的是電子方法實(shí)現(xiàn)波束無(wú)慣性掃描，因此也叫電子掃描陣列(ESA)，它的波束方向可控、掃描也靈活，并且增益也可以很高。

對(duì)于相控陣天線輻射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常用歸一化的天線方向圖來(lái)描述，它反映了波束形狀、天線增益、副瓣等特性。

波束的指向始終與等相位面垂直，而等相位面由陣元間的饋相關(guān)系確定，因此在各個(gè)陣元都是等幅饋電情況下，線性陣的波束方向圖函數(shù)為sinc函數(shù)。可以通過陣因子來(lái)計(jì)算相控陣波束寬度，詳細(xì)的公式推導(dǎo)在有關(guān)相控陣的書籍中都有，這里給出結(jié)果：

通常，均勻口徑照射情況下3dB波束寬度的k=0.886，若是4dB波束寬度的k=1；

天線口徑越大，波束越窄

從上面的公式可以看出當(dāng)天線口徑(Nd)越大，也就是陣元數(shù)越多，陣元間距越大，波束越窄；直觀的理解就是線陣越長(zhǎng)，波束寬度就越窄，天線增益越大！

描角度越小，波束越窄

隨著掃描角度的增大，波束寬度會(huì)變寬，掃描角正負(fù)60度時(shí)，其余弦值為1/2，相比于0度時(shí)增大了一倍；隨著掃描角度的增加，不僅僅是波束寬度會(huì)惡化，天線增益也會(huì)惡化。通常一般不大于正負(fù)60度，這也是某些戰(zhàn)艦或預(yù)警機(jī)上用三塊天線來(lái)覆蓋360度空域的原因。

波長(zhǎng)越短，波束越窄

從公式還可以看出在天線口徑不變的情況下，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波束寬度越大；例如：對(duì)于機(jī)載火控雷達(dá)，可用空間就那么大，因此更適合使用波長(zhǎng)短的更高頻段，以便獲得更窄的波束。

動(dòng)圖仿真：

為了簡(jiǎn)化對(duì)波束掃描的動(dòng)圖仿真，幅度進(jìn)行了歸一化，指向0°時(shí)是0dB。仿真時(shí)設(shè)置：N=32，d=λ/2，波束指向θB從0~60°，再?gòu)?0~0°，得到下面的動(dòng)圖：

從該動(dòng)圖可以看出：

1. 隨著波束指向的增大，波束寬度變胖，當(dāng)達(dá)到60°時(shí)，變胖了一倍。

2. 隨著波束指向的增大，增益也有降低。

3. 沒有進(jìn)行降低旁瓣的加權(quán)，旁瓣較高。

波束寬度與掃描角θB的關(guān)系：

當(dāng)掃描的最大角度為θmax時(shí)，為了不出現(xiàn)刪瓣，陣元間距d和波長(zhǎng)λ需要滿足關(guān)系：

也就是說(shuō)當(dāng)陣元間距小于半波長(zhǎng)時(shí)，即使掃描到90°都不會(huì)出現(xiàn)刪瓣。如果你想看看出現(xiàn)刪瓣的情況，這里也有(設(shè)置d=0.7λ)。

仿真程序如下：

END

來(lái)源：雷達(dá)通信電子戰(zhàn)

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