雷达阵列天线教材.doc

■开课目的 “阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。 ■课程要求 约有五次作业 考核 平时成绩占20％。包括平时作业，出勤情况。 期末考试成绩占80％(一页纸开卷) 雷达阵列天线简介 1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达 是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。 接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。 发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。 移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。 为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。 AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供) 目前该系统安装在导弹巡洋舰上 导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统 2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达 是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。 爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供) 3、机载预警和控制系统(AWACS) 世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS系统研制的。它取得成功后，便有很多产品紧随其后，而且常常得到比规定的副瓣电平还要低的副瓣。AWACS雷达天线是波导窄边缝隙阵列，有4000多个缝隙单元。该系统可用于空中监视的预警机，如下图所示。它在可一起转动的圆形天线罩内做机械旋转，在垂直面上用28个铁氧体精密移相器实现相控扫描。 AWACS预警机雷达天线波导窄边缝隙阵列(西屋公司提供) 4、电子捷变雷达 西屋电气公司以前为机载应用研制了这种X波段相控阵雷达。后来此系统演化为B1－B轰炸机上的AN/APQ—164雷达，如下图所示。该图显示正在装配的这种雷达天线，它有1526个圆波导口辐射单元，组成的阵列为椭圆形孔径，每个单元都带有可逆铁氧体移相器，可以实现空间二维扫描。该系统有形成波束变化的灵活性，其口径相位的变化可以实现尖锐的笔形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。极化可从垂直极化改变为圆极化。这是通过每个单元的可开关的法拉第旋转器结合铁氧体薄片来实现。天馈系统还包括故障定位和隔离系统，还有检测、校验系统，这可通过合成信号的变化来确定合适的相位分布(校正馈电系统的误差)，检验激励幅度，并检查极化分集的功能。 正在装配的AN/APQ—164相控阵雷达天线(西屋公司提供) 5、多功能电扫描自适应雷达(MESAR) 这是一部具有挑战性的S波段固态相控阵雷达，它由英国海军部研究中心和Plessey雷达公司共同研制。阵面为1.8m×1.8m孔径，共有918个波导型辐射单元，如下图所示。采用4位二进制移相器，功率放大器为分立器件，有22％的带宽，2W输出功率。接收时信号在模块中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16个子阵，每一子阵都有各自的接收机，这些接收机的输出用8位A/D转换器数字化，提供强大的自适应置零能力。 MESAR固态相控阵雷达天线(Plessey公司提供) 6、AN/TPS-70多波束阵列雷达 这是一种不用移相器相控扫描的低副瓣阵列，在方位上为低副瓣波束并采用机械旋转扫描，在俯仰面上实现多个波束以覆盖空间较大的范围。天线使用36根水平波导管，每根波导管上有94个缝隙以形成主瓣宽度为1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，发射时激励22根波导管，产生20o的俯仰波束，该波束为赋形波束，低仰角时的增益高，高仰角时的增益低；接收时来自全部36根波导的能量结合在一起产生6个同时波束以覆盖0～20o的仰角范围。6个波束的仰角宽度从最低波束的2.3o变化到6o。这6个波束均有自己的接收机，通过比较这些波束中的能量可提供仰角的单脉冲信息。 同时多波束的优点是，在强杂波环境中它能提供实现信号处理功能所需的时间。该雷达可运输。其作用距离240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。该雷达及其改型已在全世界广泛使用。 AN/TPS-70多波束阵列雷达天线(西屋