相控阵天线原理_相控阵天线设计

相控阵天线原理相控阵天线是指通过控制阵列天线中辐射元件的馈电相位来改变图案形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的方向，以达到波束扫描的目的。在特殊情况下，您还可以控制旁瓣电平，整个图案的最小位置和形状，例如获得正割的正方形图案并自适应地控制该图案。机械旋转天线时，惯性大且速度慢。相控阵天线克服了这一缺点，并且波束的扫描速度很高。它的馈电相位通常由电子计算机控制，并且相位变化速度快（毫秒级），也就是说，天线方向图的最大点或其他参数变化很快。这是相控阵天线的最大特点。相控阵天线的馈电模式相控阵天线的馈电模式分为传输线馈电和空间馈电。在传输线馈电模式下，射频能量通过微波传输线（如波导，同轴线和微带线）馈送到辐射单元（请参阅微带线和类似的微带线）。移相器放置在微波传输线中。在空间馈电模式下，发射器产生的射频能量通过辐射装置辐射到自由空间，并在发射一定距离后，被接收阵列接收。由接收阵列的每个单元或一组单元接收的信号是相移的。相移后，发射器向发射器阵列的发射器单元馈电并辐射出去。在这种情况下，移相器位于发射阵列和接收阵列之间。空间馈电的馈电电路很简单，但是需要添加一个接收阵列。由传输线馈送的馈电线复杂。相控阵天线设计相控阵天线阵列本身的设计主要是幅度，相位分布设计和单位阻抗设计。当波束宽度最窄时，阵列的大小由宽度值和旁瓣电平决定。相位分布主要取决于光束要求。由于单位图案和阻抗的限制，平面相控阵的最大扫描范围通常为±60°的锥度，并且在添加圆顶镜后也可以获得半球形扫描。如果仅需要图案的最大值在空间中移动（扫描），则仅需要形成线性变化的相位分布。此时，图案的最大方向垂直于等相平面。使用数字移相器时，除了一些特殊的角度外，通常无法获得准确的线性相位分布。此时，在图案的某些方向上将存在寄生旁瓣，并且旁瓣的大小与特定的相位分布定律有关。为了满足特殊要求，有必要使用图案合成方法来预先计算所需的额相分布。例如，可以将阵列划分为多个区域，并且可以将每个区域视为独立的阵列来设计阵列的图案，从而可以在空间中获得多个同时的光束，并且还可以使用特殊的相位分布。使图案变宽或形成正割的方形图案。为了简化馈电结构，某些相控阵天线的幅度相等。为了克服等幅分布中旁瓣电平高的缺点，可以采用密度加权，即有源辐射元件在前表面的分布不均匀，其分布密度按照一定的规律变化。未馈电的无源辐射单元放置在有源辐射单元的侧面，以改善辐射单元的阻抗特性。相控阵天线具有大量的辐射元件。当失效元件的数量小于5％时，对天线阵列的性能影响很小，因此可靠性高。相控阵天线在雷达中使用后，波束控制的灵活性大大提高，因此可以制成多功能雷达，使一个雷达具有几种常规雷达的功能。随着微波集成电路技术的发展和新型移相器的出现，相控阵天线的成本不断下降，尺寸越来越小，重量进一步减轻。