多通道“分區(qū)修相”法的分析與研究

羅紹彬，李釗，任鋒

（西南電子設備研究所，四川成都，610036）

0 引言

目前，由于許多實際原因，相控陣天線在EW 領域變得越來越重要，通過相控陣天線可從一個目標立刻轉變到另一個目標，以高效的率截獲或跟蹤多目標[1]。因此常用雷達和其他電子設備中，陣列天饋設備工作原理與相控陣天線類似，各通道有較高的幅度、相位一致性要求，在實際工作中，通過檢查合格的電纜，裝入整機后會因安裝路徑、固定等，會帶來較大相位的變化，超過相位一致性指標要求，電纜幅度一致性影響很小（可以忽略不計），因此常常在整機設備的調試中，主要針對通道的相位一致性進行調整，主要手段是通過修剪電纜來達到相位一致性的要求（修剪電纜的長度較短，對幅度一致性的影響可以忽略不計），我們將這個相位一致性調整的過程稱為“修相”。其中使用的射頻連接器不易重復利用，在設備生產過程中，連接器損耗達到了20%以上，不利于大批量生產，故分析研究可行的方法，減少設備的制造成本。

1 基本原理

相控陣天線采用的掃描方式為電掃描法（也稱相掃法），它通過控制各天線上的移相器的相器量來改變個陣元的激勵相位，從而實現(xiàn)波束掃描[2]。

圖1 N 個陣元一維直線移向器天線

注：?-相鄰單元激勵相位差，d-陣元間距，θ-入射角，λ-入射信號波長。

改變?的值就可以改變波束的指向角θ，從而實現(xiàn)波束掃描[3]。

2 旁瓣問題

一般情況陣元間距和陣元個數為固定的，難以達到理想值，柵瓣、高旁瓣幾乎在整個工作頻帶內都存在[3-4]，使得對目標方向的判斷難以唯一，無法判斷目標從主瓣或者柵瓣、旁瓣進來，必須采取一定的措施對旁瓣、柵瓣進行抑制。改善相控陣天線方向圖，一般通過密度加權、相位加權、幅度加權等抑制旁瓣的方法，密度加權要求陣元間距隨其所處的位置不同而不同，靠近中心的位置陣元間距較小，遠離中心的位置陣元間距較大，這需要較高的工藝水平，和受安裝位置的限制；相位加權一般在幅度加權的基礎上進一步降低旁瓣，這種方法也易于實現(xiàn)，僅僅需要控制波控系統(tǒng)即可。幅度加權是抑制旁瓣主要的方法，這種方法通過控制相控陣天線不同位置陣元的激勵電流幅度的方法達到抑制旁瓣的目的，通過仿真幅度加權對陣列方向性圖的作用，其仿真結果如圖2、圖3 對比，可以看出，未加權旁瓣的抑制水平僅有-12dB 左右，加權后可達到-20dB 以上的效果。

圖2 未加權0°方向圖（仿真）

圖3 加權0°方向圖（仿真）

由此可見，采用加幅度權對旁瓣達到了優(yōu)化抑制效果，即對每個通道的幅度權值不同，權重有差異。

3 使用策略分析

陣列天饋設備偵察測向的基本原理為和差波束測向。在設備系統(tǒng)中，陣列天饋一般采用“局部陣”方式使用，“局部陣”則利于陣列天饋的中心區(qū)域內部分陣元，用同樣的和差波束方式進行測向。如圖4 所示，在N×M 面陣的四個象限中，各取部分單元天線構成局部陣，如N0×M0 為最小局部陣，N1×M1 為次小局部陣，最后到N×M 全部陣。陣元數量越少波束越寬，利用局部陣的寬波束對目標進行空域搜索、測向等提高搜索速度。

圖4 N x M 面陣及局部陣示意圖

局部陣的應用，使得陣波束相應變寬，雖然帶來陣增益、測向精度降低的損失，但由于波束寬度的增加，可以大大加快目標搜索速度。當寬波束搜索到目標后，可逐步增加局部陣的陣元數，用較窄的波束在縮小后的空域內繼續(xù)搜索目標，這樣可獲得較高的測向精度，最后全陣接收測向、波束對準。

由此可見，權重關系為：小局部陣>次小局部陣>其他。

4 方法研究與驗證

經上述分析，由相控陣天線工作原理，為解決柵瓣、高旁瓣的存在，采用各天線通路采用幅度加權，即各通道在相控陣天線系統(tǒng)中的作用幅度權重關系是有差異的，根據其特點可以區(qū)分出重要、一般和其他。結合“局部陣”做引導的使用方式，根據權重，確定各通道的相位一致性調整的精度要求，可分為：一級、二級、三級等精度要求，對重要的區(qū)域的精度要求加嚴，其他的區(qū)域精度要求適當放寬，我們將這種分區(qū)進行通道相位一致性調整的方法叫做“多通道分區(qū)修相法”。按照“多通道分區(qū)修相法”進行相位一致性調整的設備在微波暗室進行了驗證，測試結果如圖5 所示，旁瓣的抑制水平可達到-19dB 以上的效果，與仿真效果基本一致，滿足系統(tǒng)指標要求。

圖5 實測0°方向圖

采用傳統(tǒng)方法和“多通道分區(qū)修相法”進行相位一致性調整，將射頻同軸連接器的損耗進行統(tǒng)計和對比情況如表1、表2 所示。

表1 連接器損耗統(tǒng)計表（傳統(tǒng)方法）

表2 連接器損耗統(tǒng)計表（分區(qū)修相法）

應用對比結果顯示，使用“多通道分區(qū)修相法”后，射頻同軸連接器的損耗已降到了7.41%，在批生產中，得到了驗證，效果明顯。

5 結語

通過以上分析、驗證，將“多通道分區(qū)修相法”運用到批生產中，不僅降低了射頻同軸連接器的損耗，同時也節(jié)約了人力成本，縮短了整機的調試周期。并且，為其他多通道相位一致性調整應用提供了一種可使用的方法。