有源相控阵雷达( 二 ) _生活百科

文章插图
该雷达工作在S波段，是一个有源相控阵天线，其发射馈线包括一个行馈和多个列馈，每一列馈为一个功率分配网路，其多个输出段分别接入该列天线各 T/R 组件中功率放大器的输入端。T/R 组件里接收电路的输出信号传送至接收馈线功率相加器的输入端，经功率合成后再经下变频器、中放、A/D 变换，变为二进制信号，传送至数字式的行馈波束形成网路。採用这种方式的主要目的是便于在方位上用数字方式形成接收波束。图2列出了一种有源子天线阵组合馈电接收系统框图。

文章插图
整个有源相控天线阵分为m个子阵，每个子阵有n个天线单元通道，每个天线单元上接有一个T/R组件，T/R组件由低噪声放大器、高功率放大器、移相器、T/R开关等功能电路组成。在图中，m 个子阵相加网路形成 m 个接收通道，每个子阵相加网路的输出端均接有子阵接收机（SAR）。各子阵接收机的输出经多波束相加网路处理后，可得到L个接收波束（B1，B2，···，BL），每个波束的输出分别连线到相应的波束通道信号处理器。图中可以看出，各子阵接收机的输出为正交双通道，则输出为数字正交信号（Ii，Qi）保留了信号的幅度和相位信息，图中所示的多波束相加网路应该是数字波束形成（DBF）。美国为弹道飞弹防御系统研製的早期预警相控阵雷达“铺路爪”AN/FPS-115，发射机採用固态功率放大器件，作为第一部二维相位扫描有源相控阵雷达，一般探测距离可达4800km，对雷达截面为10m2的潜射弹道飞弹探测距离可达5500km 。AN/FPS-115 採用密度加权方式，且是收发合一的天线阵面，因而有源天线单元总数约有 1800 个固态 T/R 组件。“铺路爪”大型远程相控阵雷达 AN/FPS-115 採用空间功率合成模式，可获得探测与跟蹤多目标高功率的要求（其发射机总的输出峰值功率 600kW，平均功率 150kW），这样可以降低对于馈线系统承受的高功率、传输线损耗以及发射系统对初级电源的功率要求，从而增强了整个馈线系统的综合化、标準化、模组化设计程度。图 3给出了 AN/FPS-115 全固态大型有源相控阵雷达发射功率分配系统与子天线阵接收机系统的框图，整个雷达天线阵分为五十六个子天线阵，每个子天线阵内的功率分配网路及所有 T/R 组件均相同，其中功率分配网路为 1/32 功分器。

文章插图
发射机激励级、子天线阵驱动级和 T/R 组件中的 HPA 的输出功率量级相同，约三百瓦。基于综合化、标準化、模组化设计理念，可以极大程度简化雷达系统设计流程，利于批量生产和降低成本。从图中可以看出，子天线阵作为公用收发天线，其在 32 个天线单元构成的子天线阵级分别实现接收波束。特点有源相控阵天线的每一个天线单元通道上均有一个高功率放大器、低噪声放大器或 T/R 组件。与无源相控阵天线相比，有源相控阵天线具有以下特点：（1）由于天线阵元后面直接连线功率源，故雷达的性能不受馈源和移相器损耗的影响：T/R 组件中的 LNA 由接收机的噪声係数所决定。（2）降低馈线系统承受高功率的要求。降低相控阵天线中馈线网路即信号功率相加网路接收时的损耗。（3）每个阵元通道上均有一个 T/R 组件，重複性、可靠性、一致性好，即使有少量的 T/R 组件损坏，也不会明显影响性能指标，而且很能方便地实现线上维修。（4）易于实现共形相控阵天线。（5）有利于採用 MMIC 和 HMIC，可提高天线的宽频性能，实现频谱共享的多功能天线阵列，为综合化、标準化电子信息系统（包括雷达、通信和 ESM 等）的实现提供条件。（6）有利于与微电子、光电子、光纤通信技术结合，实现高密度集成的光控相控阵天线及天线系统。虽然有源相控阵天线优势众多，但在相控阵雷达使用中是否被採纳，要结合实际需求，首先要着重分析雷达任务，其次应分析採用有源相控阵天线的代价，考虑技术风险、雷达设计周期及生产成本的影响，这样才能做到最佳匹配。