相控阵雷达.ppt
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1、相控阵雷达相控阵雷达 小组成员:小组成员:小组成员:小组成员:张孟琦(讲课)张孟琦(讲课)张孟琦(讲课)张孟琦(讲课)李昊阳(李昊阳(李昊阳(李昊阳(PPTPPTPPTPPT制作)制作)制作)制作)张智勤(资料)张智勤(资料)张智勤(资料)张智勤(资料)高志强(资料)高志强(资料)高志强(资料)高志强(资料)王晓威(资料)王晓威(资料)王晓威(资料)王晓威(资料)1 12 23 34 4相控阵雷达概述相控阵雷达概述相控阵列的基本原理相控阵列的基本原理相控阵雷达的组成相控阵雷达的组成相控阵雷达的优缺点及发展趋势相控阵雷达的优缺点及发展趋势一一.相控阵相控阵 相位可控的阵列。相位可控的阵列。相控阵
2、天线是由许多辐射单元排列组成的,相控阵天线是由许多辐射单元排列组成的,每个单元的馈电相位均可灵活控制,改变波阵每个单元的馈电相位均可灵活控制,改变波阵面。面。相控阵的概念很明确、很简单,但它与其他相控阵的概念很明确、很简单,但它与其他许多技术有关,研究较早,发展较慢。目前处许多技术有关,研究较早,发展较慢。目前处于迅速发展、激烈变化的时期。于迅速发展、激烈变化的时期。相控阵采用的高技术:相控阵采用的高技术:计算机技术固态技术信号处理技术光电子技术新材料技术以及器件、结构、工艺的发展相控阵雷达的特点:相控阵雷达的特点:波束捷变多目标跟踪远作用距离高数据率自适应抗干扰快速识别目标高可靠性天线共形二
3、二.相控阵列的基本原理相控阵列的基本原理相控阵天线的阵元一般在100-10000个,每个阵元后接一个可控移相器。改变每个移相器的移相量就改变了阵元间的相对馈电相位,改变了天线辐射电磁波的波阵面指向。ddddsin()阵列天线示意图阵列天线示意图波阵面0 1 2 N-1天线阵元之间的间距为d,目标方位(不一定是波束指向)与天线阵面法矢量夹角为。相邻阵元回波相位差为,波程差为(),由波程差引起的相位差为:考虑远场情况(补充远场、近场的概念),设N个天线阵元等间隔分布,等幅馈电,在方向某点辐射场矢量和:如果各阵元馈电相位差均为0,上式可用于研究阵列天线的方向图。假设0为波束指向,利用等比级数求和公式
4、,欧拉公式和(5-1),得归一化天线方向图:Fa()称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角度均匀辐射的,方向图为Fe(),阵列方向图变为:Fe()称为阵元因子。关于阵列天线的栅瓣阵列因子图:-/20/23/22阵列因子图主瓣栅瓣栅瓣由图5-2可以看出,主瓣是我们感兴趣的,所有栅瓣应去掉。不出现栅瓣的条件:,或d/1结论:结论:1.阵元间距越大,阵元数越多,角度分辨率越高。2.阵元间距过大,天线方向图将会出现副瓣。-/20/23/22阵列因子图主瓣栅瓣栅瓣三三.相控阵雷达的组成相控阵雷达的组成相控阵雷达的组成方案很多,根据是否有源可分为两类:1.有源相控阵列雷达每个天线阵元用一个接收
5、机和发射功率放大器天线阵列发射接收阵列激励器数据处理波控计算机显示控制有源相控阵雷达框图三三.相控阵雷达的组成相控阵雷达的组成2.无源相控阵列雷达共用一个和几个接收机和发射功,其余与有源相控阵列雷达相同。天线阵列移相阵列发射机数据处理,接收机波控计算机显示控制无源相控阵雷达框图 以色列以色列“费尔康费尔康”预警机预警机是世界上是世界上第一种采用第一种采用有源相控阵体制雷达有源相控阵体制雷达的预的预警机,也是世界上第一种警机,也是世界上第一种采用天线阵列的安装与机身外形相符采用天线阵列的安装与机身外形相符(即共形阵)(即共形阵)的预警机,不再采用蘑菇形。天线阵列分布在机头(大鼻子)、机身两侧和的
6、预警机,不再采用蘑菇形。天线阵列分布在机头(大鼻子)、机身两侧和机尾,分别负责覆盖不同的方位。全机设计有机尾,分别负责覆盖不同的方位。全机设计有14721472个个T/RT/R组件,但是在卖给智组件,但是在卖给智利时做了简化:机尾没有配置天线阵,从而存在利时做了简化:机尾没有配置天线阵,从而存在100100的方位盲区,的方位盲区,T/RT/R组件组件的数量也减少很多的数量也减少很多,且天线在高度方向上不能扫描,从而不能测量目标的高,且天线在高度方向上不能扫描,从而不能测量目标的高度,因此,其雷达是一维相控阵、二坐标的。度,因此,其雷达是一维相控阵、二坐标的。瑞典的瑞典的“爱立眼爱立眼”(ERI
7、EYE(ERIEYE)也是目前世界上独具特色的采用有源相控阵也是目前世界上独具特色的采用有源相控阵体制的预警机:机身背部的天线罩体是平衡木式,内装两块天线阵面,共有体制的预警机:机身背部的天线罩体是平衡木式,内装两块天线阵面,共有192192个个T/RT/R组件,每个天线阵只负责组件,每个天线阵只负责120120扫描,因此,全方位上有机头和机尾扫描,因此,全方位上有机头和机尾各各6060盲区,在高度方向上也不扫描,盲区,在高度方向上也不扫描,也是一维相控阵、二坐标雷达。也是一维相控阵、二坐标雷达。以以色色列列“费费尔尔康康”预预警警机机该预警雷达是瑞典爱立信集团微波系统公司该预警雷达是瑞典爱立
8、信集团微波系统公司于于2020世纪世纪8080年代研制成功的年代研制成功的主主动相控阵雷达动相控阵雷达,它,它采用平衡木式的双面侧视电子扫描相控阵天线采用平衡木式的双面侧视电子扫描相控阵天线。雷。雷达天线长达天线长8.68.6米,宽米,宽600600毫米。天线罩长毫米。天线罩长9.759.75米,宽米,宽780780毫米,重约毫米,重约900900千克。千克。罩内装罩内装192192个固态发射个固态发射/接收(接收(T/RT/R)模块和大约)模块和大约40004000个天线单元。雷达使用个天线单元。雷达使用S S波段工作,对高空目标的最大搜索距离达波段工作,对高空目标的最大搜索距离达60060
9、0千米,能同时跟踪千米,能同时跟踪300300个目标。个目标。在在60006000米高度上,它对大型空中目标的有效作用距离为米高度上,它对大型空中目标的有效作用距离为450450千米,对雷达反千米,对雷达反射截面积不足射截面积不足1 1平方米的低空小型目标的控测距离为平方米的低空小型目标的控测距离为300300千米。它能够在一千米。它能够在一个密集的敌对电子战环境、大量雷达杂乱回波和低目标高度的条件下,在个密集的敌对电子战环境、大量雷达杂乱回波和低目标高度的条件下,在330330公里的距离发现战斗机大小的目标;具有海洋监测能力,能在公里的距离发现战斗机大小的目标;具有海洋监测能力,能在3203
10、20公里公里距离发现海上目标。距离发现海上目标。雷达具有全面扫描监测同时对感兴趣的重要方位进行雷达具有全面扫描监测同时对感兴趣的重要方位进行频繁扇形扫描的能力,而且一个单独扇形可能是同时在不同的模式中扫描频繁扇形扫描的能力,而且一个单独扇形可能是同时在不同的模式中扫描。雷达综合性能非常好,具有窄波束、高精度等特点,可同时跟踪雷达综合性能非常好,具有窄波束、高精度等特点,可同时跟踪300300多个目多个目标。标。国国产产运运八八“平平衡衡木木”预预警警机机瑞典的瑞典的“爱立眼爱立眼”(ERIEYE(ERIEYE)也是目前世界上独具特色的采用)也是目前世界上独具特色的采用有源相控有源相控阵体制阵体
11、制的预警机:机身背部的天线罩体是平衡木式,内装两块天线阵面,的预警机:机身背部的天线罩体是平衡木式,内装两块天线阵面,共有共有192192个个T/RT/R组件,每个天线阵只负责组件,每个天线阵只负责120120扫描,因此,全方位上有机头扫描,因此,全方位上有机头和机尾各和机尾各6060盲区,在高度方向上也不扫描,也是盲区,在高度方向上也不扫描,也是一维相控阵、二坐标雷一维相控阵、二坐标雷达。达。瑞瑞典典萨萨伯伯公公司司的的“爱爱丽丽眼眼”预预警警机机E-3E-3预警机就是预警机就是依靠天线旋转进行水平方向的扫描依靠天线旋转进行水平方向的扫描。E-3E-3家族不同于家族不同于其他飞机的突出特征是
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