AESA有源阵列基础小知识

2023-06-14
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相控阵是目前的雷达主流体制,而有源相控阵又是当前的主流方向,也就是常听说的井喷式发展,主要发展的就是有源相控阵。

一、AESA定义

AESA,全称为有源电子扫描阵列雷达,接下来解释一下里面的这些词:1.有源,可以理解为天线单元中有从发射机直接送过来的"电",也就是电是直接从发射机送过来的,而无源也是发射机先通过一个天线(比如喇叭口),发射到空中,然后再到达主天线,最后通过主天线辐射出去;2.电子扫描,也就是常说的电扫,它通过改变主天线辐射时各个天线单元的"电信号"从而实现波束指向和形状的变化,采用的方法大多以控制相位为主(少量会控制频率),所以也称相控阵;3.阵列,顾名思义,就是将主天线的各个天线单元摆放成一个阵列,如果我们将每个天线单元看作一个点,那么,整个主天线就像是一个由点构成的阵了,一般有矩形阵,椭圆形阵(包括圆形阵),多边形阵(六边形,八边形)。

二、工作原理简介

通过以上描述,有源相控阵大概就是这样一个形象:一块平板上,按照阵列的方式布置着一些天线单元,这些天线单元后面的发射机为它提供发射的信号,通过移相,也就是改变这些信号的相位(实际也会改变幅度,这个问题在文章的下一个部分讲),可以使电磁波在空间形成一个定向的波束;接收时,各个天线单元收到的信号经过移相,并通过某种方式合在一起(这个合成称为波束合成),形成接收波束。

三、一些说明

1.发射信号的移相,可以在天线辐射出去前的任何时机实现,一般有两种方法:(1)在天线单元中,进行控制移相,比如延迟线这种线缆,或者加入一个设备进行移相;(2)在发射机中移相好了之后再给天线单元,或者发射机产生的信号本身相位就不同。

2.接收的波束形成,可能有很多种不同的移相组合方式,其目的是为了形成不同的接收波束,因为多波束是现代雷达所必须的,它可以用于测量目标角度(包络方位角和俯仰角)。

3.阵列为什么能形成定向波束?这是一个关于相控阵基本原理的知识,我们可以用水波干涉的例子来类比。比如你同时将两个石头丢到水中,它是一种样子。它的传播方向是向着两个石头的垂直平分线,那么如果两个石头一前一后呢,你会发现它的传播方向改变了,这就是它的基本原理——波的叠加。

4.波束是个啥?波束相当于一个表现电磁波强度的形象工具,对于值高的方向,其强度大(也就是功率高),对于值小的方向,其功率低。为什么多个天线单元辐射后就出现这种情况呢?因为,对于一个波来说,有的时候它的幅度是正值,有的时候它的幅度是负值,当两个波进行叠加时,如果正值和正值叠加(或者负值和负值叠加),那么它们合成出来的波在这个地方就变强了,如果正值和负值叠加,它们在这个地方的强度就变弱了。我们最终通过一个图像表现出来波束的这种强弱的情况,就是我们所说的波束,也就是波束方向图。

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