有源相控陣?yán)走_(dá)淺談

摘要：相控陣?yán)走_(dá)的原理，組成，關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：有源相控陣；優(yōu)點(diǎn)；發(fā)展趨勢(shì)

引言：

有源相控陣技術(shù)是近年來發(fā)展的雷達(dá)新技術(shù)。它將是提高雷達(dá)在惡劣電磁環(huán)境下對(duì)付快速，機(jī)動(dòng)及隱身目標(biāo)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過40余年的發(fā)展，該技術(shù)終于在各種雷達(dá)上取得了成功的應(yīng)用。有源相控陣技術(shù)可以極大的擴(kuò)展雷達(dá)的功能和提高雷達(dá)的性能，提高和豐富作戰(zhàn)的能力和作戰(zhàn)模式。

一、有源相控陣?yán)走_(dá)的原理及關(guān)鍵技術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)的功能，而且具有其它射頻功能。一般的雷達(dá)波束掃描是靠雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，被稱為機(jī)械掃描。而相控陣?yán)走_(dá)是用電的方式控制雷達(dá)波束的指向變動(dòng)來進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的，這種方式被稱為電掃描。在相控陣?yán)走_(dá)天線陣上，排列著上成千上萬個(gè)能發(fā)射電磁波的輻射器，每個(gè)輻射器配有一個(gè)"移相器"，每個(gè)"移相器"都由電子計(jì)算機(jī)控制。

當(dāng)雷達(dá)工作時(shí)，電子計(jì)算機(jī)就通過控制這些"移相器"，來改變每個(gè)輻射器向空中發(fā)射電磁波的"相位"，從而使電磁瓣能像轉(zhuǎn)動(dòng)的天線一樣，一個(gè)相位一個(gè)相位地偏轉(zhuǎn)，從而完成對(duì)空搜索使命。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。當(dāng)搜索遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，成千山萬個(gè)T/R模塊通過計(jì)算機(jī)控制集中向一個(gè)方向發(fā)射電磁波，使天線的輻射總功率大大提高，從而可以探測(cè)更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。如果對(duì)付近距離目標(biāo)，這些T/R模塊可以產(chǎn)生多個(gè)波束根據(jù)擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同有搜索、確認(rèn)、跟蹤、識(shí)別真假目標(biāo)。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，"相控陣"由此得名。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。

同時(shí)天線陣列還可進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不但克服了平面相控陣?yán)走_(dá)天線觀察空域有限的缺點(diǎn)，而且大幅提高了雷達(dá)數(shù)據(jù)率，改善了對(duì)目標(biāo)的跟蹤性能。當(dāng)今國內(nèi)外研制的艦載雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、彈道導(dǎo)彈防御雷達(dá)以及星載雷達(dá)均采用有源相控陣?yán)走_(dá)天線。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)模混合集成電路技術(shù)及微波移相技術(shù)的快速發(fā)展，有源相控陣技術(shù)具有多目標(biāo)、遠(yuǎn)距離、高可靠性和高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，正由雷達(dá)向通信電子、定位導(dǎo)航等多領(lǐng)域發(fā)展。

二、無源相控陣和有源相控陣?yán)走_(dá)的區(qū)別：

有源相控陣?yán)走_(dá)的天線采用的是一種稱為T/R模組的接收與發(fā)射裝置，每一塊T/R模組都能產(chǎn)生電磁波而無源相控陣?yán)走_(dá)則是使用統(tǒng)一的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，外加具有相位控制能力的相控陣天線組成，天線本身不能產(chǎn)生雷達(dá)波，這是結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。有源相控陣?yán)走_(dá)天線陣面的每個(gè)天線單元中均含有源電路，發(fā)射/接收組件（T/R 組件）是有源相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵部件。收發(fā)合一的 T/R 組件包括發(fā)射支路、接收支路及射頻轉(zhuǎn)換開關(guān)及移相器。每個(gè) T/R 組件既有發(fā)射高功率放大器（HPA）、濾波器，限幅器，又有低噪聲放大器（LNA）、衰減器及移相器、波束控制電路等。有源相控陣?yán)走_(dá)的收發(fā)裝置只有T/R模組，所以重量較輕，故障率較低，即使幾個(gè)T/R模組損壞了，也不會(huì)影響到整臺(tái)機(jī)器的使用，而無源相控陣?yán)走_(dá)就不具有這種優(yōu)勢(shì)，只要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)任意一個(gè)發(fā)生故障，雷達(dá)將無法正常工作。通常這類無源相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射機(jī)均采用磁控管、調(diào)速管、行波管和向前波管等，這是性能上的差別。實(shí)際上，一個(gè)T/R組件就是一部雷達(dá)的發(fā)射/接收的小雷達(dá)。有的T/R組件還包括本振信號(hào)輸入和中頻、視頻輸出。

三、有源相控陣?yán)走_(dá)的工作過程

有源相控陣?yán)走_(dá)的核心是T/R組件，該組件由功率放大器、驅(qū)動(dòng)放大器、移相器、限幅器、低噪聲放大器組成。T/R組件的工作原理是：在發(fā)射周期，激勵(lì)信號(hào)被送入T/R組件的發(fā)射通道，經(jīng)T/R開關(guān)和移相器到驅(qū)動(dòng)放大器和功率放大器，信號(hào)放大后經(jīng)輸出開關(guān)反饋到天線，輻射到天空中去；在接收期間，從陣列天線接收到的微弱信號(hào)通過限幅器，送往高頻高增益低噪聲接收機(jī)進(jìn)行放大以及與本真信號(hào)進(jìn)行下變頻處理、檢波等處理變?yōu)榱阒蓄l信號(hào)。然后經(jīng)A/D變換成數(shù)字信號(hào)，最后將數(shù)字信號(hào)送到波束形成器，在波束控制下產(chǎn)生滿足要求的接收波束。數(shù)字波束（DBF）形成實(shí)質(zhì)上是數(shù)字式空間濾波處理，最后通過信處運(yùn)算板和時(shí)控機(jī)解算，將目標(biāo)信息送往顯示終端。

顯然，發(fā)射機(jī)的任務(wù)是雷達(dá)射頻信號(hào)的功率放大，而接收機(jī)完成接收信號(hào)的放大，提高雷達(dá)接收機(jī)前端靈敏度。移相器的作用是陣列天線實(shí)現(xiàn)電掃面。限幅器對(duì)低噪聲放大器起保護(hù)作用，同時(shí)又對(duì)功率放大器提供良好的匹配終端。波控激勵(lì)器受控于雷達(dá)計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)按預(yù)先制定的工作方式進(jìn)行波束指向和波束形狀的相位控制。功率放大器和低噪聲放大器分別擔(dān)負(fù)發(fā)射和接收通道的射頻信號(hào)放大，它們將直接決定T/R組件的性能。對(duì)功率放大器的要求是頻帶寬、增益與效率高、信號(hào)質(zhì)量好、穩(wěn)定可靠、散熱好。對(duì)低噪聲放大器的要求是頻帶寬、噪聲系數(shù)小、增益高且平坦、動(dòng)態(tài)范圍大。

四、有源相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；

（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、

（3）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。

結(jié)語：

隨著有源相控陣?yán)走_(dá)的不斷發(fā)展，大量采用單片集成電路器件，雷達(dá)陣面的T/R組件成百上千的增加，使雷達(dá)的陣面更大，作用距離更遠(yuǎn)。通過控制計(jì)算機(jī)更好的控制T/R組件，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)幾百個(gè)目標(biāo)的跟蹤。改善了陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了雷達(dá)的成本，有利于提高雷達(dá)的可靠性，并有效的提高了雷達(dá)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。未來戰(zhàn)爭進(jìn)攻手段的特點(diǎn)是快速，精準(zhǔn)及隱蔽；為充分而有效地發(fā)揮雷達(dá)原有的性能，必須增強(qiáng)抗干擾的能力。同時(shí)應(yīng)配備強(qiáng)大的電磁干擾，從而使敵方的各種探測(cè)手段失效，無法實(shí)施有效的防御。

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作者簡介：張建強(qiáng)（1986.09.29）男，民族：漢，學(xué)歷：大專，職稱：高級(jí)工，研究方向：無線電。