相控阵天线的基础理论..

1az0do21ayN图 2.1N 单元线性相控天线阵原理图第二章相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列(ESA)天线。虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。2.1 相控阵天线扫描的基本原理2.1.1 线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。图 2.1 是一个由 N 个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿 y 轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为 d。每一个天线单元的激励电流为 I(i=0,1,2,...N-1)。每一单元辐射的电场强度与其激励电流 I 成ii正比。天线单元的方向图函数用 f(0,p)表示。iZ至目标(观察点)方向(2.(2.cosa=cos0sinpy因(2.5)2阵中第 i 个天线单元在远区产生的电场强度为：.2^e~j\rE=KIf(0,p)--(2.1)iiiiri式中，K 为第 i 个天线单元辐射场强的比例常数，厂为第 i 个天线单元至观察点ii的距离，f(0,p)为第 i 个天线单元的方向图函数，I 为第 i 个天线单元的激励电ii流，可以表示成为：I=a--jiA^B(2.2)ii式中，a 为幅度加权系数，AQ 为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，iB亦称阵内相移值。在线性传播媒质中，电磁场方程是线性方程，满足叠加定理的条件。因此，在远区观察点 P 处的总场强 E 可以认为是线阵中 N 个辐射单元在 P 处辐射场强之和，因此有：E=迟 E=刃 KIf(0,p)--"-'(2.3)iiiiri=0i=0i若各单元比例常数 K=1，各天线单元方向图...