潘婷
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摘要：本文从相控阵雷达天线的工作原理入手，简要说明了相控阵雷达天线的优点和应用。
关键词：相控阵；天线；雷达；应用
自20世纪30年代雷达问世以来，雷达作为一种军事装备开始服务于人类，始终保持着方兴未艾、蓬勃发展的态势。雷达技术获得了高速的发展，在国防、军事和民用的各个领域，雷达都发挥着举足轻重的作用。它是精确打击武器系统的重要组成部分，是武器系统发挥作战效能的有力保证。相控阵雷达是20世纪60 年代问世的一种新体制电扫描雷达。相控阵雷达能在设定的空域，根据战术需要，灵活地改变波束形状及指向，对多达数百批目标实施无惯性搜索、跟踪、编码，识别和分类的多任务功能。在雷达发展史中，相控阵雷达完成了从早期雷达仅能对单个目标的距离，角域等标量参数进行粗略测量而感知目标，到瞬间同时对众多目标的距离、角域、速度，加速度和极化等标量和矢量参数精确实时测定而认知目标的飞跃。
一、相控阵雷达的工作原理?
相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线元件排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的开关控制，通过控制各天线元件发射的时间差，就能合成不同相位（指向）的主波束，而且在两个轴向上均可进行相位变化；相控阵各移相器发射的电磁波以建设性干涉原理强化并合成一个接近笔直的雷达主瓣，而副瓣则由于干涉相消而大幅减低。
我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。典型的相控阵是利用电磁波相干原理，通过电子计算机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，简称电扫。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。
二、相控阵雷达的分类
根据电扫方式，相控阵雷达可分为两大类，即全电扫相控阵和有限电扫相控阵。全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。
天线阵，根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫。机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。
相控阵雷达又可分为有源和无源两类。其实，有源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。
三、相控阵雷达的优点?
在其功能方面，相控阵雷达较之传统雷达，主要有以下五个优点：
（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，扫描数据率高。相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割原理或多波束，可实现边搜索边跟踪工作方式，与电子计算机相配合，能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，并能同时制导多枚导弹攻击多个空中目标。适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。?
（2）相控阵雷达能够同时形成多个独立控制的波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能。可大大减少武器系统的设备，从而提高系统的机动能力。??
（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标。它的反应时间短、数据率高。
（4）对复杂目标环境的适应能力强。
（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。
四、相控阵雷达天线的应用
相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。如今，多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。随着微电子技术的发展，固体有源相控阵雷达得到了广泛应用，是新一代的战术防空、监视、火控雷达。
相控阵雷达天线在无线电定位领域中的深入应用源自于现代战争，特别是当前的电子战和信息战中实现海空远程精确打击的军事新需求。为雷达配套的相控阵天线工作频率目前已从数MHz的超短波跨跃到数十GHz的毫米波，工作波形既有脉冲波也有连续波。相控阵天线的载体除了地面固定和移动建筑物外，还有舰载、机载、气球载、弹载和星载等多种平台。
相控阵天线可用于监视引导、低空补盲、导弹制导，炮位侦察、敌我识别、精密跟踪测量、目标指示校射以及机载预警火控等几乎所有的军用雷达系统。目前，在双/多基地雷达和超视距雷达中也采用相控阵体制。
此外，相控阵天线在港口及空中交通管制、微波着陆导航。气象预测预报、通信广播、射电天文和生物医疗等领域的民用事业中已经出现并将有不可估量的广阔用武之地。
五、结束语?
相控阵雷达的诞生是雷达技术体制的一个重要变革，相控阵雷达的优越性已为大家所公认，在某种程度上来说它影响了当今新军事技术革命的发展方向。因此，研究相控阵雷达的发展规律，对促进和推动相控阵雷达的发展将是十分有意义的。随着科学技术的进步，相控阵雷达将会得到不断的完善。
参考文献
[1]张光义.相控阵雷达原理[M].国防工业出版社.
[2]束咸荣,何炳发,高铁.相控阵雷达天线.
[3]张光义.相控阵雷达技术[M].电子工业出版,2006.
[4]陈运涛,黄寒砚,陈玉兰.雷达技术基础[M].国防工业出版社.
论文作者:潘婷
论文发表刊物:《探索科学》2016年4期
论文发表时间:2016/8/30
标签：相控阵论文; 天线论文; 波束论文; 移相器论文; 目标论文; 无源论文; 相位论文; 《探索科学》2016年4期论文;